МИКРОВЗРЫВ ГОРЯЧЕЙ ТОЧКИ И УСКОРЕНИЕ ЧАСТИЦ В ПЕРЕТЯЖКЕ X-ПИНЧА

А.В. Агафонов, Г.В. Иваненков, С.А. Пикуз, Д.Б. Синарс1, В. Степневски2, Д.А. Хаммер1, Т.А. Шелковенко

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
1Лаборатория плазменных исследований Корнельского университета, Итака, США
2Институт физики плазмы и лазерного микросинтеза, Варшава, Польша

Экспериментально и теоретически исследуется динамика X-пинча в диоде мощного нано-секундного генератора тока. Методом рентгеновского зондирования с субнаносекундным временным и микронным пространственным разрешением наблюдалось формирование перетяжки до вспышки рентгена с дальнейшим ее разрывом и распадом. Радиационная МГД модель, основанная на методе свободных точек, позволила описать основные характеристи-ки процесса, включая формирование минидиода, образование узкой шейки, микровзрыв горячей точки и образование ударных волн с последующим разрывом перетяжки. Перетяжка X-пинча исходно представлялась параболоидом вращения (радиус сечения в центре равен 100, на торцах ≈ 150 мкм, длина ≈ 400 мкм, взрыв пары W-проволочек диаметра 10 мкм). Найдено, что сжатие проходит ряд стадий с уменьшающимся временным масштабом от 10 нс до 10 пс. На перетяжке появляются два конкурирующих между собой сужения, удаленные от торцов на 1/4 ее длины. К моменту максимального сжатия одного из них (ток достигает 150 кА) возникает миниатюрная область сильно неравновесной плазмы радиуса 0.1 мкм (близок к нему и росселандов пробег), нагреваемая до температур Te = 0.9 ё1 и Ti =1.1 ё1.6 кэВ при Z = 32 ё35. Плотность электронов достигает (2ё 3)·1025 см -3 , давление ≈ 30 ё 50 Гбар, а поток энергии излучения ≈ 1019ё 1020 Вт/см2 . Перетяжка за время 10√20 пс может испытать несколько быстрых сжатий, завершающихся микровзрывом с резким расширением и образованием ударных волн. Вскоре в области разрежения возникает дефицит носителей тока, и начинаются процессы, видимо, свидетельствующие о генерации пучков. Численное моделирование методом частиц в ячейках дополняет эти данные описа-нием свойств пучков. Проводится сравнение расчетных и экспериментальных результатов.


ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПЛОТНОГО Z-ПИНЧА ПРИ СИЛЬНОТОЧНОМ ВЗРЫВЕ ТОНКОЙ ПРОВОЛОЧКИ

Г.В. Иваненков, С.А. Пикуз, Д.Б. Синарс1, В. Степневски2, Д.А. Хаммер1, Т.А. Шелковенко

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
1Лаборатория плазменных исследований Корнельского университета, Итака, США
2Институт физики плазмы и лазерного микросинтеза, Варшава, Польша

Представлены результаты лабораторных и численных экспериментов по изучению влияния гидродинамических неустойчивостей на сильноточное сжатие плазмы взрывающихся металлических проволочек. Эксперименты по исследованию структуры разряда выполнялись по методу многокадрового рентгеновского теневого фотографирования с высоким временным и пространственным разрешением (< 1 нс и 1 мкм) и использовали X-пинчи в качестве миниатюрных источников излучения. Процесс сжатия моделировался методом свободных точек по двумерной радиационной МГД программе плотного Z-пинча. Расчеты одиночных проволочек учитывали гетерогенную структуру корона√керн, с тяжелых металлов (W) они были распространены на элементы с существенно более низкими атомными номерами (Ti). Перепады плотности на границе корона√керн варьировались от 10 до 50, а улучшенная процедура расчетов излучения и ионизации позволила выйти в область высоких сжатий и нагревов. Исследован процесс взаимодействия приходящей из корональной плазмы ударной волны сжатия с веществом первоначально холодного и плотного керна, оканчивающийся формированием весьма тонких перетяжек, содержащих одну и более горячую точку. В расчетах взрыва Ti-проволочки диаметра 12 мкм получены следующие параметры плазмы: радиус пинча 0.1 мкм близок к длине росселандова пробега фотонов, плотность электронов ne 1025 см-3, температура Te = 0.8 ё0.9 кэВ, заряд ионов 18.5. В балансе сил уже сказывался вклад давления излучения. Качественное согласие выводов расчетов и эксперимента позволяют предположить, что МГД процессы в керне, длительное существование которого выделяет разряды через проволочки среди других типов плотных пинчей, служат основной причиной наблюдаемых высоких параметров сжатия в миниатюрных областях яркого свечения в плазменных нагрузках этого типа.


РАСЧЕТ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЫ

Г.А. Вергунова, *Е.М. Иванов, В.Б. Розанов

Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия
*Московский Государственный инженерно-физический институт (технический университет), Москва, Россия

    Построена физико-математическая модель для расчетов ионизационного состава, населенностей уровней и оптических характеристик неравновесной плазмы [1]. Представленная методика применена к частному случаю однородной стационарной оптически прозрачной плазмы с максвелловским распределением электронов по скоростям. В широком диапазоне плотностей и температур для плазмы, содержащей многозарядные ионы (алюминий, Z=13; медь, Z=29) проведены расчеты среднего заряда, ионизационного состава, радиационных энергетических потерь в плазме, отношений интенсивностей линий, коэффициентов поглощения и излучательной способности плазмы. Ионизационный состав плазмы и населенности уровней удовлетворяют уравнениям Саха и распределению Больцмана в пределе больших плотностей и низких температур, а также подчиняются описывающим корональное равновесие соотношениям в пределе малых плотностей и высоких температур. Сравнение полученных нами результатов с результатами расчетов других авторов [2], а также с экспериментальными данными [3] показало удовлетворительное согласие.
    Работа выполнена при поддержке физического учебно√научного Центра ⌠Фундаментальная оптика и спектроскопия■ в рамках Федеральной Целевой Программы ⌠Интеграция■.

Литература.

  1. Вергунова Г.А., Иванов Е.М., Розанов В.Б., препринт ФИАН ╧12, 1998.;

  2. Вергунова Г.А., Иванов Е.М., Розанов В.Б., Расчет оптических характеристик неравновесной плазмы алюминия и меди, препринт ФИАН, в печати.
  3. Бельков С.А., Гаспарян П.Д., Кочубей Ю. К., Митрофанов Е.И., ЖЭТФ, 1997, т.111, с.496.;

  4. Никифоров А.Ф., Новиков В.Г., Соломянная А.Д., ТВТ, 1996, т.34, с.220.;
    Honrubia J.J., Dezulian R., Batani D. et al., JQSRT, 1999, vol.61, p.647.
  5. Aglitskiy Y., Lehecka T., Hardgrove J. et al., Rev. Sci. Instrum., 1997, vol.68, p.806.;

  6. Palik E.D., Handbook of optical constants of solids, Academic press, New York, 1991.

ВЛИЯНИЕ ИНЕРТНОСТИ НЕИСПАРИВШЕЙСЯ ЧАСТИ ОБОЛОЧКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЯ ПОДЖИГА ЛАЗЕРНЫХ МИШЕНЕЙ

*А.А. Андреев, **С.Ю. Гуськов, Д.В. Ильин, А.А. Левковский, **В.Б. Розанов, В.Е. Шерман

С-Петербургский институт машиностроения (ВТУЗ-ЛМЗ). С-Петербург, Россия
*Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова , С-Петербург, Россия
**Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, Москва, Россия

    В настоящей работе выполнены систематизация и анализ зависимости эффективности ТЯ поджига лазерных мишеней с различными распределениями плотности и температуры плазмы в момент её максимального сжатия от параметров неиспарившейся части оболочки. Это позволяет оценивать области применимости и эффективность различных схем поджига лазерных мишеней с разными остаточными оболочками
    Выполненное раннее математическое моделирование распространения волны ТЯ горения в плазме [1] показывает, что в общем случае поджиг плазмы может осуществляться в две стадии. Начальная, "дозвуковая" стадия характеризуется падающей или слабо растущей за фронтом волны температурой. Игнитор как бы "тлеет", медленно увеличиваясь в размерах, и подготавливает начальные условия для второй, "сверхзвуковой", стадии интенсивного горения, приводящей к ТЯ вспышке мишени. Для искрового поджига мишени достаточно иметь игнитор с такими параметрами, чтобы длительность "дозвуковой" стадии была короче времени разлета мишени. В работе показано, что неиспарившаяся часть оболочки (r D R)c из-за своей инертности увеличивает время на развитие ⌠дозвуковой■ стадии и тем самим приводит к зажиганию мишеней, параметры плазмы которых лежат ниже критериев поджига при отсутствии оболочки. Однако коэффициенты усиления таких мишеней (G = Етя/Евн) определяются в основном параметрами (r R)t дейтерий-тритиевой плазмы Увеличение коэффициента усиления для мишеней с толстыми остаточными оболочками по сравнению с соответствующими безоболочечными мишенями объясняется небольшим увеличением продолжительности второй стадии ТЯ-вспышки, приводящему к более глубокому выгоранию.
    Вычисления проводились с помощью пакета программ ТЕРА, в основе которого лежит прямое статистическое моделирование кинетики быстрых заряженных частиц и жесткого излучения на каждом дифференциальном шаге по времени уравнений гидродинамики.
    На основе систематизации и анализа результатов серии вычислительных экспериментов получены количественные оценки границ областей (в координатах rR,T) в пределах которых принципиально возможен ТЯ поджиг оболочечных лазерных мишеней.
    Получены оценочные соотношения для вычисления поправок на критерии поджига мишеней с оболочками относительно безоболочечных мишеней [2].

    Работа выполнена при поддержке Гранта РФФИ 99-02-16100 и Гранта Минобразования РФ по Фундаментальным исследованиям в области ядерной техники 1997г.

Литература

  1. Гуськов С.Ю., Змитренко Н.В., Ильин Д.В., Левковский А.А., Розанов В.Б.,ШерманВ.Е. ЖЭТФ, 1994, Т.106, с.1069.
  2. А.А.Андреев, С.Ю.Гуськов, Д.В.Ильин, А.А.Левковский, В.Б.Розанов, В.Е.Шерман, "Conditions for initiation of effective thermonuclear burning of laser target", International Forum on Advanced High-Powern Lasers and Applications, Tecnical program, p.22, Osaka, 1-5 Nov. 1999.

УСТАНОВКА ⌠ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС■ КАК ИСТОЧНИК РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД

Н.В. Калачёв1, О.Н. Крохин1, А.А. Лошманов2, В.Я. Никулин1, Т.В. Сафронова1 , С.Н. Полухин1, Ю.С. Малафеев1, А.Д. Перекрестенко3

1Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, г. Москва, Россия
2Институт кристаллографии РАН, г. Москва, Россия
3Институт ядерных исследований РАН, г. Москва, Россия

В настоящее время для изучения упорядоченной микроструктуры биологических объектов, в частности структуры белка, мембран, ДНК молекул и др.; новых полимерных систем и полиморфизма в диапазоне размеров как от 0,1 нм до 1,0 нм, так и более 1,0 нм широко применяются рентгеновские дифрактометры.

В данной работе предлагается при разработке рентгеновских дифрактометров использовать в качестве источника рентгеновского излучения установку ⌠Плазменный фокус■ (ПФ).

Плазма в установках ПФ получается в результате организации сильноточного электрического разряда в цилиндрической камере, заполняемой газом (водородом, дейтерием, азотом и др.). В процессе разряда на оси камеры формируется плотный плазменный пинч (Z-пинч) с электронной концентрацией порядка 1019 см-3 и диаметром 2-3 мм. В ряде случаев (при работе на дейтерии с добавкой аргона) плазменное образование распадается на ряд т.н. ⌠горячих точек■ - областей плазмы, излучающих, в основном, резонансные линии примесных к дейтерию элементов. В этих ⌠горячих точках■ электронная плотность достигает значений 1021 √ 1022 см-3 , а температура √ более 1 кэВ. Рентгеновское излучение (РИ), генерируемое этими установками, характеризуется исключительно высокой интенсивностью порядка 1010 Вт (1024-25 квантов в секунду), малой длительностью импульса 10-8-10-7с, с перестройкой спектра РИ по длинам волн в диапазоне 0,04 - 2 нм, а также возможностью работы в регулируемом частотном режиме от 10 Гц до 25 Гц. Такие параметры РИ позволяют проводить анализ образцов в реальном масштабе времени.

Работа выполнена в рамках программы федеральной программы ⌠Интеграция■, УНЦ ⌠Оптика и спектроскопия■, контракт ╧ 2.1-35.


ОБ ОТРАЖЕНИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ГАРМОНИК ГИГАВАТТНОГО Nd- ЛАЗЕРА ОТ ПЛОТНОЙ НАНОСЕКУНДНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ НА Al- МИШЕНИ.

С.Б. Кравцов, В.Б. Федоров, А.К. Шмелев.

Институт Общей Физики, Москва, Россия

    С целью проверки одномерной модели нагрева плотной лазерной плазмы около твердой мишени [1] исследовалось с временным разрешением отражение назад греющего плазму излучения первой (l= 1,06 мкм) и второй (l = 0,53 мкм) гармоник гигаваттного Nd-лазера в широком интервале изменения мгновенных значений интенсивности падающего света I (t) = 109ё1013Вт/см2.
    Для лазерного импульса с резким передним фронтом найдено, что отражение назад в апертуру фокусирующей линзы (угол 3°) близко к 1%, а величина отражения назад в полный телесный угол 2pсоставляет (2-3)%. На временном отрезке 3ё4 нс от фронта лазерного импульса до его максимума отражение зависит от времени, и его величина снижается в несколько раз. При увеличении I(t) в пределах (109ё1013 ) Вт/см2 отражение уменьшается в пределах одного порядка, а отличие коэффициентов отражения первой и второй гармоник составляет не более чем 2 раза. Результаты сделанных опытов частично перекрываются с ранними данными [2] и согласуются с ними в области перекрытия.
    Низкое отражение и соответственно сильное поглощение греющего плазму лазерного излучения различных частот согласуется с физической моделью [1].

    Работа поддержана грантом РФФИ 98-02-16798.

Литература

  1. С.Б.Кравцов, В.Б.Федоров, КСФ N° 4, с.11-15, 1999.
  2. Ю.В.Афанасьев, Н.Г.Басов, О.Н.Крохин, В.В.Пустовалов, В.П.Силин, Г.В.Склизков, В.Т.Тихончук, А.С.Шиканов. Взаимодействие мощного лазерного излучения с плазмой. Итоги науки и техники. Серия ⌠Радиотехника■, т.17, 1978.

УСТАНОВКА ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС ⌠ТЮЛЬПАН■

О.Н. Крохин, И.В. Волобуев, Д.Н. Горбунов, А.Е. Гурей, Н.В. Калачев, Т.А. Козлова, Ю.С. Малафеев, В.Я. Никулин, С.Н. Полухин, Т.В. Сафронова, А.А. Тихомиров.

Физический институт им. П.Н. Лебедева, Москва, Россия

    Плазменный фокус ⌠Тюльпан■ представляет собой модернизированный вариант установки ⌠Флора■, энергетика которой увеличена с 40 кДж до 400 кДж. Установка предназначена для исследования физики сильноточного разряда. Особое внимание будет уделено изучению механизмов размыкания мегаамперного тока, изучению приэлектродных процессов, проблемам связанным с насыщением нейтронного выхода. На установке проводятся работы по лабораторному моделированию плазменных процессов в магнитосфере, а также планируются эксперименты по изучению структурно-фазовых изменений в твердых телах при импульсном энергетическом воздействии.
    Установка состоит из конденсаторного накопителя энергии (96 малоиндуктивных импульсных конденсаторов ИК-40-5) и 12-ти 4-х канальных газонаполненных разрядников, работающие в атмосфере азота. Использование большого количества разрядных промежутков (48 шт.) и малоиндуктивной системы подвода энергии позволило практически сохранить временные параметры разряда (1/4 T = 4 мкс для ⌠Тюльпана■ и 3,5 мкс для ⌠Флоры■) при 10-кратном увеличении энергозапаса установки. Диагностический комплекс установки оснащен: лазерными диагностиками, позволяющими проводить измерения с нано- и пико- секундным временным разрешением, рентгеновскими диагностиками (интегральными и с наносекундным временным разрешением), нейтронными диагностиками.
    В настоящее время проведены эксперименты на одной трети от полной энергетики. При токе 1,7 МА получен нейтронный выход более 1010 н/имп.
    Работа поддерживается в рамках программ ГНТП России ⌠Содержание уникальных стендов и установок■ и ⌠УТС и плазменные процессы■, ФЦП ⌠Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки■ (проект А-0098) , а также РФФИ (проекты ╧ 99-02-17267 и ╧ 96-15-965997).


ПОЛУЧЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ ДО 1018 Вт/см2 НА МИШЕНЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕРАВАТТНОГО ЛАЗЕРА НА НЕОДИМОВОМ СТЕКЛЕ

А.П. Матафонов

Центральный научно-исследовательский институт машиностроения Российского авиационно-космического агентства, г.Королев Московской области, Россия

Сообщается о результатах модернизации тераваттного лазера на неодимовом фосфатном стекле, что позволило получить интенсивность излучения на различных мишенях до 1018 Вт/см2. Приведено описание лазера, состоящего из следующих основных частей: задающего генератора, стретчера, регенеративного усилителя, двух усилителей и компрессора. Данный лазер обеспечивает следующие параметры лазерного импульса: энергия в импульсе до 2 Дж, длина волны 1,06 мкм, длительность импульса 10-12 сек, контраст излучения 3Ч10-4. Для фокусировки лазерного излучения на поверхность мишени была разработана и создана система фокусировки на базе асферического объектива, которая позволяет получать кружок рассеяния на поверхности мишени диаметром до 10 мкм. При проведении модернизации лазера были разработаны методы, позволяющие оперативно измерять энергию и длительность лазерного импульса, расходимость лазерного излучения, величину предимпульса как в наносекундном, так и в пикосекундном диапазоне длительностей. Для определения величины предимпульса излучения тераваттного лазера в пикосекундном диапазоне длительностей впервые применена методика с использованием спектральной интерферометрии чирпированных импульсов. Также разработаны методы юстировки асферического объектива, позволяющие измерять распределение энергии лазерного излучения в фокусе объектива. Данный лазер с системой фокусировки используется в экспериментах по исследованию плазменных источников излучения высокой спектральной яркости.

Работа выполнена при поддержке Международного научно-технического центра (проект N 856).


РЕГИСТРАЦИЯ 400 КЭВ g -КВАНТОВ В Be-ПЛАЗМЕ ПРИ ИНТЕНСИВНОСТИ ПАДАЮЩЕГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 1017 Вт/см2

А.П.Матафонов

Центральный научно-исследовательский институт машиностроения Российского авиационно-космического агентства, Королев Московской области, Россия

    Сообщается о результатах измерения максимальной энергииg-квантов и их количества в Be-плазме при интенсивности падающего лазерного излучения 1017 Вт/см2. В экспериментах использовалось излучение тераваттного лазера на неодимовом фосфатном стекле со следующими параметрами: энергия в импульсе 1 Дж, длина волны 1,06 мкм, длительность импульса 10-12 сек, контраст излучения 3Ч10-4. Лазерный пучок диаметром 40 мм фокусировался с помощью асферического объектива в пятно диаметром 30 мкм на поверхность Be-пластинки толщиной 2 мм. Be-мишень устанавливалась под углом 25° к падающему лазерному излучению. Мишень устанавливалась в вакуумной камере при давлении 10-2 Тор. Для регистрации g-квантов использовались два сцинтилляционных детектора на основе органического кристалла стильбена (C14H12). Один из детекторов (измерительный) располагался на расстоянии 80 см, а другой (опорный) - на расстоянии 10 см от мишени. Детекторы располагались вне вакуумной камеры. Для определения максимальной энергии g -квантов, генерируемых в лазерной плазме и их количества использовался метод поглощения g -излучения в фильтрах из Pb различной толщины. Использовались свинцовые фильтры толщиной от 1 мм до 13 мм. Было проведено измерение ослабления интенсивности g-излучения в зависимости от толщины фильтра из свинца.
    Из полученной зависимости была определена максимальная энергия g -квантов, равная 400 кэВ при интенсивности падающего лазерного излучения 1017 Вт/см2. Исходя из толщины фильтров из Pb и телесного угла регистрации g -квантов было определено количествоg-квантов с энергией 400 кэВ. Количествоg-квантов в угол 4p составило величину ~105.

    Работа выполнена при поддержке Международного научно-технического центра (Проект N 856).


ВВЕДЕНИЕ ТРИТИЯ В ПОЛИМЕРНЫЕ ОБОЛОЧКИ √ ЛАЗЕРНЫЕ МИШЕНИ. ИЗОТОПНЫЙ ОБМЕН И ДЕГРАДАЦИЯ ПОЛИМЕРА.

Ю.А. Меркульев, С.А. Старцев.

Физический институт им. П. Н. Лебедева, Москва, Россия

    Достижение максимальных плотностей при сферическом нагреве и сжатии плазмы возможно лишь при использовании сферических оболочек, обладающих высокой степенью симметрии и гладкой поверхностью. Но чтобы диагностировать сжатую плазму, необходимо иметь дейтерий и тритий в структуре вещества мишени. Поэтому берутся оболочки из полностью дейтерированного полистирола и методом изотопного обмена вводят в них тритий. Наивысшее достижение в этой области принадлежит японским ученым. По приведенным в их работах данным им удалось заместить более чем 7% атомов дейтерия на тритий (150 Ci/g). Теоретический предел при соотношении Д:Т=1:1 равен 1100 Ci/g.
    Мы расчетным путем показали [1] основные закономерности процессов обмена изотопов водорода в органических соединениях:

  1. достижение 50% замещения дейтерия на тритий в полистироле, по-видимому, невозможно из-за деградации, разложения и деполимеризации полимера;
  2. насыщение тритием полимера в атмосфере чистого трития происходит значительно быстрее, чем в атмосфере DT смеси;
  3. влияние величины давления при хранении оболочек на процесс деградации должно быть исследовано экспериментально, но расчеты показывают резкое снижение скорости деградации при хранении полимеров в атмосфере дейтерия;
  4. поскольку кислород является катализатором реакций возбуждения и разрыва молекулярных связей, то его присутствие в полимере может повысить скорость насыщения тритием при изготовлении полимерных оболочек, но при этом максимальная конечная концентрация трития в полимере не может быть увеличена из-за более высокой скорости деградации.
    Полученные результаты помогают прогнозировать возможность достижения высоких концентраций трития в веществе и планировать проведение экспериментов с полимерными криогенными мишеням или их ⌠суррогатами■, что особенно сложно на крупных лазерных установках.

Литература

  1. Ю. А. Меркульев, С. А. Старцев. Математическая модель обмена изотопов водорода в полимерах. Препринт ФИАН ╧54, М., 1999, 29 стр.

ИНДУКТИВНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ.

Олейник Г.М.

ГHЦ РФ ТРИНИТИ

    Измерение мегавольтовых напряжений длительностью 10-100нс на выходе мощных генераторов, в вакууме, где как раз в большинстве случаев располагается нагрузка, представляет особую сложность. Мощный энерговклад в нагрузку вызывает появление интенсивного рентгеновского излучения. Под его воздействием происходит ионизация остаточного газа и ионизируются все поверхности твердых тел. Другой источник ионизации - электронные потоки из линий с магнитной самоизоляцией, которые используются в таких генераторах. Появление плазмы на поверхности резистивного делителя и в высоковольтном промежутке емкостного делителя может привести к существенному искажению сигнала.
    Указанные сложности частично устраняются при использовании индуктивного делителя. В данной работе описывается конструкция индуктивного делителя для измерения напряжения на выходном узле установке Ангара-5-1.
    Высоковольтное плечо делителя образовано низкоимпедансным (~100нГн) металлическим стержнем, подсоединенным к выходным катодному и анодному электродам. Этот стержень отбирает на себя не очень большую долю тока генератора, т.к. индуктивность нагрузки менее 10нГн. Низковольтное плечо делителя образовано петлей, расположенной в полости в непосредственной близости от этого стержня. Полость играет роль экранировки, для того, чтобы не было зависимости сигнала от других токов, протекающих в камере.
    Скорость изменения тока по стержню пропорциональна напряжению между анодом и катодом. Поскольку сигнал с петли тоже пропорционален скорости изменения тока по стержню, то сигнал с петли пропорционален так же и напряжению между анодом и катодом. Коэффициент пропорциональности определяется при калибровке.
   Частотные свойства индуктивного делителя определяются параметрами высоковольтного плеча, которое можно рассматривать как индуктивность тогда, когда закончатся волновые процессы в делителя. Для представленного в настоящей работе делителя это дает временное разрешение около 2 нс.
    Проверка работы индуктивного делителя проводилась в тех экспериментах, когда нагрузка представляла собой тяжелый металлический цилиндр, не изменяющий своей геометрии при выстреле (см рис.1). В этом случае скорость нарастания тока в нагрузке и напряжение, измеренное индуктивным делителем, должны быть пропорциональны друг другу. Проверка показала, что сигналы действительно пропорциональны друг другу, небольшое отличие в конце процесса связано с заплыванием плазмой датчиков тока.
    Индуктивный делитель обладает наносекундным временным разрешением, прост в конструкции и эксплуатации, слабо подвержен влиянию окружающих плазменных потоков, является надежным датчиком.

    Данная работа поддержана грантом РФФИ 97-02-16888.


О ДИАГНОСТИКЕ ИМПЛОЗИИ МНОГОПРОВОЛОЧНЫХ ЛАЙНЕРОВ НА УСТАНОВКЕ ⌠АНГАРА 5-1■

И.Ю. Порофеев, Г.М. Олейник, Е.В. Грабовский, Г.С. Волков, С.Л. Недосеев, А.А. Самохин

Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований, г. Троицк, Московской области.

    Большой интерес в диагностике сжимающихся оболочек представляет определение спектра собственного излучения, распределения массы и самой динамики лайнера. Некоторую информацию об этих процессах можно получить используя представленные методики.
    Представлены:

    Представлена методика измерения тока электронного пучка, распространяющегося вдоль оси лайнера, образующегося при имплозии токовых оболочек на установке ⌠Ангара 5-1■. Метод основан на использовании ⌠зонда Фарадея■ и использован как для измерения величины тока электронного пучка и его распределения в пространстве.


ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В СЖИМАЮЩИХСЯ МНОГОПРОВОЛОЧНЫЙ ЛАЙНЕРАХ НА УСТАНОВКЕ ⌠АНГАРА-5-1■

Грабовский Е.В., Зукакишвили Г.Г., Митрофанов К.Н., Олейник Г.М., Смирнов В.П.

Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований, г. Троицк, Московской области

    Сжатие многопроволочных лайнеров (МПЛ) импульсами тока сильноточных генераторов широко применяется для получения плотной высокотемпературной плазмы и мощных импульсов мягкого рентгеновского излучения (МРИ). При сжатии МПЛ наряду с эффективным преобразованием электрической энергии в МРИ наблюдается также сильное обострение импульса излучения.
    Знание распределения поля и массы внутри лайнера важны для интерпретации экспериментальных данных, полученных в экспериментах по генерации импульса мягкого рентгеновского излучения.
    На установке ⌠Ангара-5-1■ с помощью зондов малого диаметра, частично внесенных внутрь сжимающегося лайнера, производились измерения азимутальных и продольных компонент магнитного поля. Конструкция зонда обеспечивала надежное выделение магнитного сигнала. Получены экспериментальные данные по моменту возникновения тока на оси лайнера. Обсуждается связь заполнения плазмой лайнера в процессе его сжатия с длительностью плазмообразования и распределением массы внутри лайнера.
    Измерения магнитного поля основного тока лайнера показали:


ПИКОСЕКУНДНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ СИЛЬНОТОЧНОГО РАЗРЯДА Z-ПИНЧА

В.А. Бабенко, О.Н. Крохин, Ю.С. Малафеев, В.Я. Никулин, С.Н. Полухин, А.А. Сычев, А.А. Тихомиров

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия

    Использование наносекундных лазеров в исследовании Z-пинчей стало обычной практикой за последние 15-20 лет. Однако, в таких разрядах существует ряд ключевых процессов (развитие неустойчивостей, генерация электронных пучков, рождение плазменных точек, филаментация тока разряда [1,2] ), для исследования которых лазерно-оптическими методами необходимы пикосекундные длительности зондирующего пучка.
    Пикосекундные лазеры эксплуатируются в течении последних двух десятилетий. Главной трудностью в их использовании для диагностических целей на Z-пинчах является проблема синхронизации с быстрым (менее 1мкс) сильноточным разрядом. Дело в том, что пикосекундные лазеры работают, как правило, в режиме самосинхронизации мод с пассивным фильтром в резонаторе. Момент генерации цуга импульсов в них прогнозируется с точностью порядка 10 мкс от начала поджига ламп накачки. В данной работе достигнута временная воспроизводимость появления лазерного импульса с точностью не хуже 0,2 мкс на плазменном фокусе (амплитуда тока 300-500кА, время нарастания тока 1мкс). Параметры лазерного пучка: длина волны 0.53 мкм, длительность 28 пс, энергия 0,1 Дж. Получены первые тенеграммы разряда.

    Работа выполнена в рамках программы ГНТП России ⌠Фундаментальная метрология■, а также при поддержке РФФИ (проекты ╧99-02-17267 и ╧ 96-15-965997) и МНТЦ (проект ╧ 899).

Литература

  1. Михайловский А.Б., Теория плазменных неустойчивостей, Атомиздат,1969.
  2. R.B. Spielman, C. Deeney, Tungsten wire-array Z-pinch experiments at 200 TW and 2 MJ., Physics of Plasmas v.5, N 5, May 1998.

ИЗЭНТРОПИЧЕСКИЙ КОЛЛАПС РЕАЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА.

В.В. Прут

РНЦ ⌠Курчатовский институт■. Институт ядерного синтеза. Москва, Россия

    Впервые решена автомодельная задача изэнтропического сжатия сферическим или цилиндрическим поршнем вначале однородного покоящегося вещества с реальным уравнением состояния. Задача состоит в определении такой траектории поршня, при которой вся масса изэнтропически сжимается в точку (линию) √ осуществляется так называемый коллапс.
    Термодинамические функции представимы в аддитивной форме F=Fx+FT, где Fx √ холодная составляющая (упругая, ионизационная и составляющая, учитывающая нулевые колебания), а FT √ тепловая составляющая. Выбор формы и степень сложности формулы не имеет значения для метода решения. Начальное состояние среды √ конденсированное - независимо от фазового состояния. Fx определена таким образом, чтобы при удельном объеме термодинамические функции определялись свойствами идеального вырожденного нерелятивистcкого электронного газа, а при нормальной плотности определялись двумя экспериментальными параметрами: модулем объемного сжатия и показателем .
    Предложен вариационный (по краевым условиям) метод решения. Автомодельная переменная представима в виде x= t / r ; автомодельные функции U=ux , C=cx , где u,с √ физические скорости. Автомодельные уравнения сохранения массы и импульса, приведенные к независимой переменной С:
,
где .
Установлены асимптотические зависимости при вхождении в коллапс: ,
а радиус поршня , где .
    Результаты иллюстрируются эволюцией профилей. Полученное решение открывает возможность получения при изэнтропическом сжатии и регулируемой начальной температуре высоких плотностей (давлений) без каких-либо приближений, связанных с ударными волнами, профилированием начальных параметров или искажением функций во времени и пространстве.


ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ РАСШИРЕНИЕ ПЛАЗМЫ АНОДНОЙ ФОЛЬГИ СИЛЬНОТОЧНОГО ДИОДА В ВАКУУМ

Смирнов В.В.

ИЯС РНЦ ⌠Курчатовский институт■, г. Москва, Россия

    В работе рассмотрено взаимодействие пучка электронов с фольгой. Образовавшаяся, в результате такого воздействия, плазма (g = 3) расширяется в вакуум. Процесс разлёта делится на несколько частей, каждую из них удаётся полностью описать. В результате, используя метод характеристик, удаётся достаточно далеко продвинуться в аналитическом исследовании и дойти до стадии образования многопотокового режима, который должен быть описан с помощью кинетической теории.


МИКРОСЕКУНДНАЯ ПРЕДЫОНИЗАЦИЯ ПЕННЫХ ЛАЙНЕРОВ ТОКОВОЙ ОБОЛОЧКОЙ НА УСТАНОВКЕ АНГАРА-5-1.

А.В. Браницкий, Е.В. Грабовский, А.Н. Грибов, М.В. Зорин, С.Л. Недосеев, Г.М.Олейник, Г.В.Рябцев, А.Н. Самохин, В.П. Смирнов, И.Н. Фролов.

ГHЦ РФ ТРИНИТИ

    Эксперименты прошлых лет на установке ⌠Ангара-5-1■ по сжатию лайнеров и Z-пинчей показали , что на компактность сжатия существенным образом влияют начальные условия образования плазмы из ⌠холодного■ вещества лайнера. Начальная пространственная неоднородность плазмы, образующейся в газовом или пенном лайнерах при их самопробое в наносекундном диапазоне длительностей разрядов, характерных для ⌠Ангары-5-1■, становится благоприятным условием для последующего развития неустойчивостей и некомпактного сжатия лайнерной плазмы разрядным током. Кроме того, тонкостенные лайнеры, изготовленные из твердотельной пены, разрушаются при имплозии из-за Релей - Тейлоровской и МГД неустойчивостей. Таким образом, начальное расширение пенных лайнеров и их эффективная пространственно однородная предыонизация являются необходимыми условиями для компактного сжатия.
    Для изучения возможностей такого метода была использована система из пенного лайнера ⌠Ангары-5-1■, на который схлопывалась токовая оболочка микросекундной длительности. Для этого разработана и смонтирована синхронизированная с основным рабочим пуском импульсная система предыонизации лайнера √ батарея предыонизации. В конечном варианте батарея предыонизации позволяла развивать ток в системе до 150кА при длительности полупериода 6.5мкс. С целью улучшения пробоя пенного лайнера вокруг него снаружи создавалась редкая газовая шуба из ксенона Хе.
    Проведённые на сегодняшний день исследования по предыонизации лайнера показали:

    Исследования сжатия лайнера мегаамперным током показали:

ОБОЛОЧКИ √ ЛАЗЕРНЫЕ МИШЕНИ ИЗ НИЗКОПЛОТНОЙ ОКИСИ КРЕМНИЯ. ДВУСТАДИЙНЫЙ ПРОЦЕСС С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕНЕРАТОРА ПОЛЫХ КАПЕЛЬ И ПЕЧИ ПАДЕНИЯ.

В. Е. Анкудинов, В. М. Дороготовцев*, М. Г. Кленов, Ю. А. Марухин, Ю. А. Меркульев*, В. П. Огородников.

Московский Энергетический университет, Москва, Россия.
*Физический институт им. П. Н. Лебедева, Москва, Россия.

    В лазерных экспериментах в Японии и США применялись оболочки из кремнеаэрогеля (из SiO2- пены), наполняемые жидким дейтерием. В последние годы развивается технология изготовления оболочек √ мишеней из бериллия и полимеров (полиимидов). Причем бериллиевые оболочки получаются при диффузионной сварке двух полусфер, выточенных на специальном токарном станке с точностью изготовления лучше 10 нм. Оптимальной технологией изготовления толстых однородных оболочек является метод напыления на тонкую оболочку √ основу. Однако лучшими материалами для оболочек по однородности и минимальной шероховатости являются стекло и полистирол, плотность которых отличается от плотности наносимых веществ. Это приводит к ухудшению устойчивости сжатия таких мишеней.
    Обсуждаются первые результаты новой двухстадийной технологии изготовления оболочек √ основ со средней плотностью, соответствующей плотности внешних слоев (абляторов). На первой стадии изготовления, используя генератор полых капель, формируются оболочки из кремниевого геля малой плотности. На второй стадии, используя вакуумную печь падения, изготавливаются оболочки заданной плотности (кварцевое стекло с микропустотами).
    Сочетание оболочки √ основы и внешнего напыленного слоя одинаковой плотности, с одной стороны, создает условие для повышения устойчивости мишени при нагреве и сжатии плазмы, а с другой стороны, позволяет использовать при изготовлении мишеней более дешевую и хорошо отработанную технологию напыления равномерных внешних слоев с низкой шероховатостью поверхности (в том числе из бериллия или дейтерида бериллия).


ОБЪЕМНЫЙ ПОГЛОТИТЕЛЬ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И КОНВЕРТЕР ЕГО В РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ НА ОСНОВЕ МАЛОПЛОТНОГО БЕРИЛЛИЯ.

Н. Г. Борисенко, В. В. Горлевский*, А. И. Громов, С. Ю. Гуськов, В. М. Дороготовцев, А. В. Забродин*, Ю. Е. Маркушкин*, Ю. А. Меркульев, В. Ф. Петрунин**, Н. А. Чирин*, А. К. Шиков*.

Физический институт им. П. Н. Лебедева, Москва, Россия
*ГНЦ РФ ВНИИНМ им. А. А. Бочвара, Москва, Россия
**Московский инженерно-физический институт, Москва, Россия

    В последние годы много внимания уделяется исследованию взаимодействию лазерного излучения с малоплотными полимерными подкритическими средами, как внешним слоям мишени, обеспечивающим симметризацию нагрева и сжатия внутренней оболочки мишени. Обсуждается новый тип малоплотной среды √ пенобериллий, имеющий высокую прочность при малом удельном весе [1]. К тому же, существует возможность изготовления бериллия с добавками тяжелого элемента, контролируемым образом распределенным по толщине наносимого слоя [2]. Разработанная технология изготовления позволяет получать лазерные мишени из бериллия с нанокристаллической структурой и из малоплотного бериллия.

Литература

  1. Yu. E. Markushkin, V. V. Gorlevsky, V. F. Petrunin. High porous beryllium. J. Moscow. Phys. Soc. 8, ╧4, (1998), pp. 373 - 376.
  2. N. G. Borisenko, A. I. Gromov, S. Yu. Guskov, V. M. Dorogotovtsev,Yu. A. Merkul'ev, Yu. E. Markushkin, N. A. Chirin, A. K. Shikov, V. F. Petrunin. Research of target fabrication possibility for new direct smoothing laser irradiation. Prehrint FIAN No 62, 1999,

  3. S. Yu. Guskov and Yu. A. Merkul'ev. Low-density absorber - converter of laser fusion target with direct laser beams irradiation. Prehrint FIAN No 56, 1999, JETP Letters (in publishing).

РАЗРАБОТКА МИШЕННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕСПОДВЕСНЫХ КРИОГЕННЫХ МИШЕНЕЙ С ТОЛСТЫМ СЛОЕМ ТОПЛИВА

И.В. Александрова, ***Г.Д. Баранов, ****В.Н. Бордаков, *В.П. Веселов, ****В.А. Калабухов, Е.Р. Корешева, Е.Л. Кошелев, ***В.И. Листратов, И.Е. Осипов, **Л.А. Ривкис, Т.П. Тимашева, ***И.Д. Тимофеев, С.М. Толоконников, ***Г.С. Усачев, *****Л.С. Ягужинский

Физический Институт им. П.Н.Лебедева АН, г.Москва, Россия.
*Научно-Производственное объединение им. С.А.Лавочкина, г.Химки, Россия.
**Государственный Научный Центр РФ ВНИИНМ им.А.А.Бочвара, г.Москва, Россия.
***Государственное Предприятие ⌠Красная Звезда■, г.Москва, Россия.
****Московский Радио-Технический Институт, г.Москва, Россия.
*****МГУ, НИИ Физико-Химической Биологии им. С.А.Белозерского, г.Москва, Россия.

    В рамках проекта МНТЦ ╧512 за период 1996-1999 гг. создана мишенная система для производства массива бесподвесных (не закрепленных) криомишеней включающий: установку диффузионного заполнения микросфер газообразным топливом до 1000 атм при 300 К, модуль формирования (работает на основе метода FST), систему характеризации и устройства транспорта бесподвесных мишеней между элементами [1]. При запуске системы, сформированы криомишени, содержащие твердые слои (Н2, D2) толщиной от 30 до 100 мкм с разнотолщинностью менее 20%. Время формирования составило от 8 до 30 сек. Запуск системы продемонстрировал, что бесподвесный подход обеспечивает минимальный временной масштаб каждой стадии производства криогенной мишени. На сегодняшний день система позволяет приготовить до 25 криомишеней в сутки (включая время, необходимое для диффузионного заполнения оболочек газом). Заметим, что в аналогичной системе, работающей с подвесными оболочками, тоже количество мишеней приготовляется более чем за две недели. Конструкция мишенной системы допускает повышение выхода криомишеней до 500 и более штук в день. Система может быть адаптирована для инжекции криомишеней в лазерный фокус или на специальный подвес, размещенный в заданной области мишенной камеры установки лазерного термоядерного синтеза (ЛТС).

    Таким образом, в рамках выбранного технического подхода (работа с массивом бесподвесных мишеней), продемонстрирована возможность эффективно решить основную задачу лазерного термоядерного синтеза с высоким выходом энергии, а именно: обеспечить массовое производство криомишеней для их частотной подачи в лазерный фокус при условии минимизации временных и пространственных масштабов каждого этапа производства.

Литература

  1. I.E.Osipov, I.V.Aleksandrova, G.D.Baranov, A.A.Belolipetskiy, E.R.Koresheva, V.P.Veselov, V.I.Listratov, L.A.Rivkis, V.G.Soloviev, I.D.Timofeev, S.M.Tolokonnikov, G.S.Usachev, L.S.Yaquzhinskiy. FREE-STANDING TARGET TECHNOLOGIES FOR ICF. Presented for a special issue of Fusion Technology (в публикации)

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАЗМЕННОГО КАНАЛА В ГАЗОВОЙ МИШЕНИ, ОБЛУЧАЕМОЙ ЛАЗЕРОМ.

Красногоров И.В., Глазырин И.В., Диянков О.В., Кошелев С.В., H. Fiedorowicz*, A. Bartnik*, J. Kostecki*, M. Szczurek*

Российский Федеральный Ядерный Центр - ВНИИТФ, Снежинск
*Институт оптоэлектроники Военно-технической академии, Варшава

    В Институте Оптоэлектроники (г.Варшава) проводятся эксперименты по взаимодействию лазерного импульса с газовой струей [1]. Параметры Nd:glass лазера: длительность импульса - 1нс, энергия - 15Дж. С помощью численного моделирования изучалось поведение газовой мишени, облучаемой лазером, и процесс образования плазменного канала.
    Использовалась 2D МГД программа MAG [2]. На Звенигородской конференции в 1999 году были представлены результаты моделирования взаимодействия лазерного излучения с газовой струей для двух случаев облучения газа: облучение плотности выше критической и ниже критической [3]. В первом случае плазменный канал наблюдался, во втором случае отсутствовал.
    Дальнейшим развитием этой работы явилось численное моделирование различных условий эксперимента: лазерное излучение направлено навстречу газовой струе и ⌠протяженная■ струя, которая формируется от нескольких, расположенных рядом и одновременно срабатывающих сопел.
    В первом случае градиент плотности остается все время положительным и энерговыделение происходит совершенно по-другому, чем когда струя облучается сбоку (градиент плотности в этом случае знакопеременный). Для протяженной струи важно определить, сохраняется ли форма плазменного канала. Данным исследованиям, а также роли реабсорбции излучения в динамике облучаемой газовой струи, и посвящена данная работа.

    Работа частично поддерживалась проектом МНТЦ 525.

Литература

  1. 1.A.Bartnik, V.M.Dyakin, I.Yu..Skobelev, A.Ya.Faenov, H.Fiedorowicz, M.Szczurek: Quantum Electron., 27 (1997) 68 [Квантовая Электроника, 24 (1997) 71]
  2. Oleg V Diyankov, Igor V. Glazyrin, Serge V. Koshelev. MAG - two-dimensional resistive MHD code using arbitrary moving coordinate system. Computer Physics Communications 106(1997) 76-94
  3. Красногоров И.В., Глазырин И.В., Диянков О.В., Кошелев С.В., Анализ формирования плазменного канала в газовой мишени, облучаемой лазером. Тезисы докладов XXVI Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС, 1999г., с.142.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭФФЕКТА КУМУЛЯЦИИ ПРИ СЖАТИИ АРГОНОВОГО ЛАЙНЕРА СОБСТВЕННЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

И.В. Глазырин, О.В. Диянков, О.Г. Котова, С.В. Кошелев, И.В. Красногоров, В.А. Симоненко, А.Н. Слесарева, Н.Б. Волков

Российский Федеральный Ядерный Центр-ВНИИТФ, г.Снежинск Челябинской обл., Россия
Институт Электрофизики Уральского отделения РАН, г.Екатеринбург, Россия

    Сжатие газовых лайнеров магнитным полем протекающего тока позволяет получить на оси плотную нагретую плазму, которая является источником мощного рентгеновского излучения. Для увеличения выхода излучения необходимо, чтобы плазма не была размазана вдоль оси, а сконцентрирована в одном месте. Добиться этого можно использованием эффекта кумуляции. Кумуляцию можно получить, сжимая лайнер, радиус границы которого определяется как r=r0(1+eЧcos(pЧz/z0)), где r0- невозмущенный радиус, z0- длина лайнера, e- относительный уровень возмущения. В этом случае первой достигнет оси плазма с меньшим радиусом и у краев лайнера возникнут плотные горячие области, которые станут источниками аксиальных струй. Каждая струя движется в захлопывающемся конусе и скорость ее увеличивается. В центре лайнера на оси струи сталкиваются, образуя область кумуляции, плотность которой в 500 раз больше начальной плотности, а температура достигает 6 кэВ.
    Если сжимать лайнер относительно слабым током, при котором движение происходит в дозвуковом адиабатическом режиме и ударная волна не образуется, а при достижении плазмой оси ток быстро поднять, то можно получить существенное увеличение плотности в области кумуляции. Эффект связан с резким ростом градиента магнитного давления из-за: увеличения магнитного давления; уменьшения скин-слоя из-за возрастания температуры за счет джоулева тепла; малости времени проникновения магнитного поля внутрь плазмы. Идеи такого режима сжатия близки к идеям, высказанным в работе [1].
    Необходимо отметить, что при сжатии плазмы с "кривой" границей МГД-неустойчивости существенно подавляются, что обеспечивает устойчивость сжатия.
    Все численные расчеты проведены с помощью 2D МГД программы MAG [2].

    Работа частично поддерживалась проектом МНТЦ 525.

Литература

  1. А.Ф.Сидоров, ДАН, 1997. Т. 352. No. 1. С. 41-44.
  2. Oleg V Diyankov, Igor V. Glazyrin, Serge V. Koshelev. Computer Physics Communications 106(1997) 76-94