Исследование сильноточного разряда типа плазменный фокус рентгеновскими и оптическими методами
Диссертация
К началу исследований по теме диссертации целый ряд плазменно-динамических процессов ПФ, имеющих в основном место при разряде в тяжелых газах, таких как неон, аргон, ксенон и др., оставался изученным не в достаточной степени. Вместе с тем именно эти процессы существенно влияют на эмиссионные свойства ПФ. Также много вопросов остается открытыми по механизмам образования в плазмофокусном разряде… Читать ещё >
Содержание
- Обзор литературы
- Глава I. Экспериментальная установка и диагностическая аппаратура
- Теоретические основы эксперимента
- 1. 1. Экспериментальный комплекс ПФ
- 1. 2. Диагностический комплекс установки
- 1. 2. 1. Система измерения полного тока и его производной
- 1. 2. 2. Рентгеновская камера-обскура
- 1. 2. 3. Система регистрации на основе МКП
- 1. 2. 4. Рентгеновский кристаллический спектрометр
- 1. 2. 5. Полупроводниковые детекторы типа СППД
- 1. 3. Физические процессы в плазменном фокусе
- 1. 4. Теоретическое описание процессов в исследуемой области
- 1. 4. 1. Стадии сжатия плазмы
- 1. 4. 2. Различные виды неустойчивостей, возникающих в плазме
- 1. 4. 3. Модели формирования горячих точек
- 2. 1. Исследование характеристик МР излучения плазмы с помощью быстродействующих полупроводниковых детекторов
- 2. 1. 1. Исследование интенсивности мягкого рентгеновского излучения в зависимости от начальных условий
- 2. 1. 2. Изучение характеристик рентгеновского излучения в различных спектральных диапазонах при изменении энергетики разряда
- 2. 1. 3. Разряд в смеси аргона с дейтерием
- 2. 1. 3. а. Процентное содержание аргона 2,5%. Варьирование энергии разряда и исследуемых спектральных диапазонов
- 2. 1. 3. 6. Процентное содержание аргона 10−15%. Анизотропия излучения
- 2. 1. 4. Вычисление энергии мягкого рентгеновского излучения
- 2. 1. 5. Обсуждение результатов
- 2. 2. Комплексное исследование характеристик МР излучения плазмы с помощью камеры обскуры и полупроводниковых детекторов
- 2. 2. 1. Зависимость характеристик МР излучения от начального давления аргона
- 2. 2. 2. Переменная энергия разряда. Эксперимент с камерой обскурой с диаметром отверстия 250 мкм
- 2. 2. 3. Исследование формы и размеров излучающей области с помощью 50 мкм камеры-обскуры и полупроводниковых детекторов для различных энергий разряда
- 2. 2. 4. Обсуждение результатов
- 2. 2. 5. Выводы
- 2. 3. Исследование пространственных и временных характеристик плазмы
- 2. 3. 1. Измерение пространственной структуры излучающего объекта
- 2. 3. 2. Сравнение режимов формирования объектов, излучающих в МР диапазоне, для разрядов в различных газах
- 2. 3. 3. Регистрация шарообразного образования и предпинча на оси разряда
- 2. 4. Определение электронной температуры и плотности плазмы
Список литературы
- Bennett W. Magnetically self-focusing streams // Phys. Rev., 1934, Vol. 45, P. 890.
- Курчатов И.В. Некоторые вопросы развития атомной энергетики в СССР, Атомная энергия, 1956, Т. 3, С. 76.
- Петров Д.И., Филиппов Н. В., Филиппов Т. И., Храбров В. А. Сб. Физика плазмы и проблема управляемого термоядерного синтеза, М.: Издательство АН СССР, 1958, Т.1У, С. 170−181.
- Gribkov V.A., Dubrovsky A.V., Isakov A.I., Krokhin O.N., Silin P.V. et. al. A Powerful Soft X-ray Source for X-ray Lithography Based on Plasma Focusing // Physica Scripta, 1998, Vol. 57, P. 488−494.
- Грибков B.A., Денус С., Дубровский A.B., Исаков А. И., Калачев Н. В., Крохин О. Н., Никулин В. Я., Следзиньский С., Чекай С. Рентгеновское излучение плазменного фокуса при лазерном воздействии // Физика плазмы, 1985, Т.11, Вып.1, С. 117−122.
- Калачев Н.В., Крохин О. Н., Лошманов A.A., Никулин В. Я., Перекрестенко А. Д. Перспективные направления исследования конденсированных сред с помощью установок типа «Плазменный фокус» // II нац. Конф. РСНЭ, 1999.
- Елисеев С.П. Рентгено-оптические методики диагностики плазмы, получаемой в установках типа плазменный фокус // конф. УНЦ «Фундаментальная оптика и спектроскопия», Москва, 2004.
- Гурей A.E., Елисеев С. П., Никулин В. Я., Полухин С. Н., Тихомиров А. А. Особенности плазмофокусного разряда в неоне // Сборник тезисов докладов XXXI Звенигородской конф. по физике плазмы и УТС, (Звенигород, 16−20 февраля, 2004), Звенигород, 2004.
- Oginov A.V., Nikulin V.Ya., Tikhomirov A.A., Eliseev S.P. Laser, X-ray and Optical Diagnostics on the «Tyulpan» Installation // Int. Symp. on Plasma Physics and Technology (SPPT-2006), Prague, 2006, P. 133.
- Oginov А.V., Nikulin V.Ya., Tikhomirov A.A., and Eliseev S.P. Laser, X-ray and Optical Diagnostics on the «Tyulpan» Installation // Czech. J. of Phys., 2006, Vol. 56, Suppl. В, B315.
- Eliseev S.P., Nikulin V.Ya., Oginov A.V., Tikhomirov A.A. Plasma diagnostics in the optical and X-ray regions on the plasma focus device PF-4 (installation Tyulpan) // Problems of Atomic Science and Technology, 2006, Vol. 6, P. 147−149.
- Eliseev S.P., Nikulin V.Ya., and Silin P.V. Soft X-ray measurement by SPPD11−04 detectors on the PF «TULIP» installation // Problems of Atomic Science and Technology, 2008, Vol. 6, P. 222−224.
- Eliseev S.P., Nikulin V.Ya. and Silin P.V. Correlation between time-resolved and integral measurements of the Soft X-ray emission in a plasma focus operated in argon // Problems of Atomic Science and Technology, 2008, Vol. 6, P. 216−218.
- Елисеев С.П., Никулин В .Я., Силин П. В. Измерение мягкого рентгеновского излучения на установке плазменный фокус ПФ-4 с помощью полупроводниковых рентгеновских детекторов // Краткие сообщения по физике, 2009, Т. 36, № 1, С. 1−7.
- Елисеев С.П., Никулин В. Я., Силин П. В. Интегральные и временные характеристики мягкого рентгеновского излучения на установке ПФ-4 типа плазменный фокус // Краткие сообщения по физике, 2009, Т. 36, № 1, С. 8−13.
- Spielman R.B., Deeney C.:Chandler G.A. et al. Tungsten wire-array Z-pinch experiments at 200 TW and 2 MJ // Physics of Plasmas, 1998, Vol. 5, No. 5, P. 2105−2110.
- Filippov N.V., Filippova T.I., and Vinogradov V.P. Dense, High Temperature Plasma in a Non-Cylindrical Z-Pinch Compression // Nuclear Fusion, 1962, Part 2, P. 577.
- Mather J.W. Formation of a High-Density Deuterium Plasma Focus // Phys. Fluids, 1965, Vol. 8, No. 2, P. 366−377.
- Karpinski L., Scholz M., Linhart J.G., and Szydlowski A. Foam target experiments with the PF-1000 plasma focus facility // Eur. Phys. J., Suppl. D, 1999, Vol. 7, P. 255−259.
- Krokhin O.N., Nikulin V.Ya. et al. The upgraded plasma focus installation «FLORA" — the installation «TULIP» // Journal of Technical Physics, Warszawa 1999, Vol. XL, № 1, P. 117−120.
- Nikulin V.Ya., Romanova V.M., Scholz M. Plasma Focus Source of X-ray Emission // Selected Research Papers on Spectroscopy of Nonequilibrium Plasma at Elevated Pressures, 2002, Proc of SPIE, Vol. 4460, P. 55−62.
- Nakasendo Т., Maruyama H., Ono Y., Maeda H., Shimoda K., Yanagidaira Т., and Hirano K. Soft X-ray emission in the neon gas puff plasma focus // Nat. Inst. Fusion Sci., 1999, No. 42, P. 117−126.
- Hirano K., Yamamoto Т., Takada S., Sone H., and Shimoda K. Production of highly charged metal ions and soft x-ray emission in a Plasma Focus // Jpn. J. Appl. Phys., 1988, Vol. 27, No. 1, P. 78−83.
- Yanagidaira Т., Yamamoto Т., Shan В., and Hirano K. Spectroscopic Investigation of Z-Pinch with a Spatial and Temporal Resolution // J. Phys. Soc. Jpn., 1999, Vol. 68, No. 3, P. 852−856.
- Yanagidaira Т., Ono Y., Han В., Yamaguchi M., and Hirano K. High-speed, malti-band imaging of pinched plasma // NIFS-PROC, 1999, No. 42, P. 156−162.
- Hirano K., Tagaya Y., Shimoda K., Okabe Y., and Yamamoto T. Time correlation between plasma behaviour and Soft X-ray emission in a Plasma Focus // J. Phys. Soc. Japan, 1986, Vol. 55, No. 7, P. 2211−2216.
- Serban A., and S. Lee. Soft x-ray emission from a small plasma focus operated in deuterium // Plasma Sources Sci. Technol., 1997, Vol. 6, No. 78, P. 7885.
- Favre M., Lee S., Moo S.P., and Wong C.S. X-ray emission in a small plasma focus operating with H2-Ar mixtures // Plasma Sources Sci. Technol., 1992, Vol. 1, P. 122−125.
- Volobuev I.V., Gribkov V.A., Denus D., Kalachev N.V., Koslova T.A., Krokhin O.N., Sledzinski S., Startsev S.A., and Zcekaj S. Characteristics of soft X-radiation in Mather’s type plasma focus // Sov. J. Plasma Phys, 1988, Vol. 14, P. 401.
- Zakaullah M., Alamgir K., Shafig M. Low-energy plasma focus as a Tailored X-ray source // Journal of Fusion Energy, 2000, Vol. 19, No. 2, P. 143.
- MuravichA., BaronovaE., MatamuraY., LuM., SatoK., BabaA., Horiuchi M., Takasugi K. and Miyamoto T. «Observation of X-ray emission and neutron yield from a compact plasma focus», NIFS-PROC (Natl Inst Fusion Sci), № 4, p. 127−133 (1999).
- Kitaoka H., Yamamoto Т., and Hirano K. Characterization of Soft X-Ray Radiation from Plasma Focus Device with Gas Puff // J. Phys. Soc. Jpn., 1998, Vol. 67, No. 2, P. 481.
- Shearer J.W. Contraction of Z pinches actuated by radiation losses // Phys. Fluids, 1976, Vol. 19, P. 1426.
- Koshelev K.N., and Pereira N.R. Plasma points and radiative collapse in vacuum sparks // J. Appl. Phys, 1996, Vol. 69, R2M4.
- Vikhrev V.V., Ivanov V.V., Koshelev K.N. Formation and evolution of the micropinch region in a vacuum spark // Sov. J. Plasma Phys., 1982, Vol. 8, No. 6, P. 688.
- Lebert R., Engel A., and Neff W. J. Investigations on the transition between column and micropinch mode of plasma focus operation // Appl. Phys., 1995, Vol. 78, No. 11, P. 6414−6420.
- Hirano K., and Kitaoka H. Soft X-Ray Emitting Core in a Plasma Focus // Japan. J. Physical Soc., 1996, Vol. 65, P. 139−141.
- Хаддлстоун P. и Леонард С. Диагностика плазмы. М.: Мир, 1967.
- Агранович В.М., Галанин М. Д. Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах. Москва, 1978.
- Filippov N.V., Filippova, T.I., Khutoretskaia I.V., Mialton V.V., Vinogradov V.P. Megajoule scale plasma focus as efficient X-ray source // Phys. Lett. A, 1996, Vol. 211, P. 168−171.
- Дубровский A.B. Регистрация параметров генерируемых в плазменном фокусе мощных потоков электронов, ионов, нейтронов и плазмы при их взаимодействии с конструкционными материалами. М.: Издательский дом МФО, 1999.
- Shafiq М., Hussain S., Sharif М. et al. Soft X-Ray Emission Optimization Study with Nitrogen Gas in a 1.2 kJ Plasma Focus // Journal of Fusion Energy, 2001, Vol. 20, No. 3, P. 113−115.
- Mohanty S. R., Srivastava M. P., Rawat R. S. Study of X-ray emission of dense plasma focus device in .the presence of external magnetic field // Phys. Lett. A, 1997, Vol. 234, P. 472−476.
- Ng C.M., Moo S.P., and Wong C.S. Variation of soft X-ray emission with gas pressure in a plasma focus // IEEE Trans, on Plasma Sci., 1998, Vol. 26, P. 1146−1153.
- Zakaullah M., Alangir K., Shafig M. Low-energy plasma focus as a Tailored X-ray source // Journal of Fusion Energy, 2000, Vol. 19, No. 2.
- Александрии С.Ю., Аранчук JI.E., Буряков В. Л., Иванов М. И., Ларур Ж. Рентгеновская диагностика Х-пинчей с субнаносекундным временным разрешением // Воздействие интенсивных потоков на вещество, XX Меж. конференция (Эльбрус-2005).
- Иванов М.И., Калинин Ю. А., Королев В. Д., Царфин В.Я.,
- Bogolyubov Е.Р., Dubrovskii A.V., Isakov A.I., Lee P., Nikulin V.Ya. A powerful soft X-ray lithography based on plasma focusing // Physica Scripta, 1999, Vol. 57, P. 488−494.
- Hirano K., Yamamoto Т., Takada S. et al. Production of highly charged metal ions and soft X-ray emission in a Plasma Focus // Jpn. J. Appl. Phys., 1988, Vol. 27, P. 89−94.
- Karpinski L., Rrav’arik J., Kubes P. et al. Soft x-ray spectral investigation in wire-in-plasma focus experiments // Plasma Phys. Control. Fusion, 2002, Vol. 44, P.1609−1614.
- Skobelev I.Yu., Faenov A.Ya. et al. Investigating the emission properties of plasma structures with x-ray imaging spectroscopy // JETP, 1995, Vol. 81, No. 4, P. 692−718.
- Bobashev S.V., Simanovskii D.M., Platonov Yu.Ya., Roewekamp P., Decker G., Kies. W. Spectral selective plasma imaging in the wavelength range 2.4−4.5 nm in SPEED2 device // Plasma Sources Sci. Tech., 1996, Vol. 5, No. 3, P. 578−581.
- Moreno J., Silva P., and Soto L. Optical observations of the plasma motion in a fast plasma focus operating at 50 Joules // Plasma Sources Sci. Technol., 2003, Vol. 12, P. 39.
- Skladnik-Sadowska E., Baranowski J., Milanese M., Moroso R., Pouzo J., Sadowski M., Zebrowski J. Spatial structure and energy spectrum of ion beams studied with CN detectors within a small PF device // Radiation measurements, 2001, Vol. 34, P. 315−318.
- Кис В., Деккер Г., Бернтин У., Сидельников Ю. В., Глушков Д. А., Кошелев К. Н., Симановский Д. М., Бобашев С. В. Стабильный пинч в установке плазменный фокус «SPEED-2» // Письма в ЖТФ, 1999, Т. 25, Вып. 20, С. 5−12.
- Silva P., Favre М. Properties of hot spots in plasma focus discharges operating in hydrogen-gas mixtures // 5-th Int. Conference of Dense Z-Pinches, 2002, P. 245−248.
- Калачев H.B. Мягкое рентгеновское излучение установок плазменный фокус: дис. канд. физ.-мат. наук. М., 1988.
- Shan В., Liu М.Н., Rawat R.S., and Lee S. X-ray Emission Properties of Neon and Argon Plasmas in Conventional and Gas-puff Plasma Focus Devices // Proceedings of Regional Conference on Plasma Research in 21st Century, Bangkok, 2000, P. 75−79.
- Jacobs V.L., Behar E. Dielectronic recombination satellite transitions in dense plasmas // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 2000, Vol. 65, P. 317−332.
- Зельдович Я.Б. и Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966.
- Vikhrev Y.V. Contraction of Z-pinch as a result of losses to radiation // Pis’ma ZhETF, 1978, Vol. 27, P. 104−107.
- Диагностика термоядерной плазмы. Под ред. С. Ю. Лукьянова. М.: Энергоатомиздат, 1985.79. http://www.cxro.lbl.gov/optical constants/filter2.html .80. http://www.cxro.lbl.gov/opticalconstants/gastrn2.html.
- Henke B.L., Fujiwara F.G., Tester M.A., Dittmore C.H., Palmer M.A. Low-energy x-ray response of photographic films. II. Experimental characterization // J. Opt. Soc. Am. B, December 1984, Vol. 1, № 6.82. http://www.niiit.ru/catalog/det/sppdl 1 .php.
- Вихрев ВВ., Брагинский С.И- Динамика Z-пинча // Вопросы теории плазмы, 1980, в. 10, Нелинейная динамика, М., С. 243−318.
- Никулин В.Я. Сильноточный разряд типа плазменный фокус: дис. докт. физ.-мат. наук. М., 2007.
- Лифшиц Е.М., Питаевский Л. П. Физическая кинетика.-М.: Наука, 1979.
- Мейерович Б.Э. На пути к осуществлению электромагнитного коллапса. УФН, 1986, Т. 149, В. 2, С. 221−257.
- Meierovich В.Е. // Phys Rept., 1982, Vol 92, P. 83.
- Seaton M.J. The theory of excitation and ionization, by electron impact. In Atomic and Molecular Processes, Bated D.R. Ed. (New York, Academic Press, 1962), V. 11.
- Kolb A.C. and McWhirter R.W.P. Ionization rates and power loss from 0-Pinches by impurity radiation. Phys. Fluids, 1964, V. 7, P. 519.
- Трубников Б.А. О токовых филаментах в плазме // Физика плазмы, 2002, Т. 28, № 4, С. 346−359.
- Трубников Б.А. Ускорение частиц и рождение нейтронов в перетяжках плазменных пинчей // Физика плазмы, 1986, Т. 12, № 4, С. 468−487.
- Khautiev E. Yu, Krauz V.I., Vikhrev V.V., Fadeev V.M. // Proc. XXIV Intern. Conf. On Phen. In Ionized Gases. Warsaw, 1999, V. 5, P. 89 (P-461).
- Фадеев B.M., Кварцхава И.Н, Комаров Н. Н. Самофокусировка локальных плазменных токов // Ядерный синтез, 1965, Т. 5, № 5, С. 202.
- Трубников Б.А. Теория плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1996, С. 418.
- Жданов С.К., Трубников Б. А. Квазигазовые неустойчивые среды. М. Наука, 1991. ¦
- Buneman О. // Plasma Physics. N.Y.: McGraw-Hill Book Company Inc., 1961, P. 202.
- Яньков B.B. Z-пинчи // Физика плазмы, 1991, Т. 17, № 5, С. 521−530.
- Веретенников В.А., Полухин С. Н., Семенов О. Г., Сидельников Ю. В. Экспериментальное исследование динамики микропинча вакуумной искры // Физика плазмы, 1981, Т. 7, № 6, С. 1199−1207.
- Быковский Ю.А., Лагода В. Б., Шерозия Г. А. Особенности нагрева плазмы, содержащей многозарядные ионы в Z-пинче // Письма в ЖЭТФ, 1980, Т. 31, № 2, С. 166−169.
- Lee T.N. High-density ionization with an intense linear focus discharge // Annals of New York Academy of Science, 1975, Vol. 251, P. 112−125.
- Долгов A.H. Эмиссия частиц и излучения в микропинчевом разряде: дис. док. физ.-мат. наук. М., 2005.
- Seely J.F., Lee T.N. Density measurements in a vacuum spark discharge microplasma from the inner-shell excitation of satellite transitions // Phys. Rev., 1984, Vol. 29, No. 1, P. 411−414.
- Glibert K.M., Anthes J.P., Gusinow M.A., Palmer M.A. X-ray yield of plasma heated by 8-nsec neodymium laser pulses // J. Appl. Phys., 1980, Vol. 51, No. 3, P. 1449−1451.
- Choi P., Dangor A.E., Deeney C., Challis C.D. Temporal development of hard and soft X-ray emission from a gas-puff Z-pinch // Rev. Sci. Instrum., 1986, Vol. 57, No. 8, P. 2163−2164.
- Миронов Б.Н. Пространственно-временные измерения некоторых параметров плазмы микропинча в диапазоне мягкого рентгеновского излучения с энергией квантов Е = 1 кэВ // Физика плазмы, 1994, Т. 20, № 6, С. 546−549.
- Миронов Б.Н. Исследование динамических особенностей поведения плазмы, сформированной в процессе развития инициированной неустойчивости в сильноточном разряде Z-пинча // Физика плазмы, 1994, Т. 20, № 10, С. 886−890.
- Pease R.S. // Proc. Roy. Soc. Ser., В. 1957, V. 70, P. 445.
- Брагинский С.И. Поведение полностью ионизованной плазмы в сильном магнитном поле // ЖЭТФ, 1957, Т. 33, С. 645.
- Вихрев В.В. // Физика плазмы, 1977, Т. 3, С. 997.
- Vikhrev V.V. et al. // Plasma Phys. and Contr. Nucl. Fus. Res., IAEA, 1977, Vienna., V. 3, P. 455.
- Вихрев В.В. Сжатие Z-пинча из-за потерь на излучекние // ЖЭТФ, 1978, Т. 27, В. 2, С. 104−107.
- Antanasijevic R., Dragic A., Joksimovic D., Marie Z., Sevic D., Todorovic Z., and Udovicic V. Analysis of hot spots in deuterium plasma focus // Radiation Measurements, 1997, Vol. 28, No. 1−6, P. 241−243.
- Арцимович JI.A. Управляемые термоядерные реакции. М.: Физматгиз, 1968.
- В.А. Абрамов, В. И. Коган, B.C. Лисица. Перенос излучения в плазме // Вопросы теории плазмы, 1982, в. 12, Нелинейная динамика, М., С. 112−155.
- Бойко В.А., Виноградов А. В., Пикуз С. А., Скобелев И. Ю., Фаенов А. Я. Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы // Итоги науки и техники, сер. Радиотехника, 1980, М.: ВИНИТИ, Т. 27, С. 264.
- Пресняков JI.П. Рентгеновская спектроскопия высокотемпературной плазмы // Успехи физических наук, 1976, Т.119, Вып.1, С. 49−73.
- Вайнштейн Л.А., Сафронова У. И., Урнов A.M. Диэлектронные сателлиты резонансных линий многозарядных ионов // Труды ФИАН, 1980, М.: Наука, Т. 119, С. 13−43.
- Виноградов А.В., Собелев И. И., Юков Е. А. Об определении плотности плазмы по спектрам гелиеподобных ионов // Квантовая электроника, 1975, Т. 2, Вып. 6, С. 1165−1170.
- Kelly R.L. Atomic and ionic spectral lines below 2000 A // J. Phys. Chem. Ref. Data, 1987, Vol. 16, suppl. №.1.
- Peacock N.J., Speer R.J., Hobby M.G. Spectra of highly ionized neon and argon in plasma focus discharge // J. Phys. В (Atom.Molec.Phys.), 1969, Vol. 2, P. 798.
- Вайштейн Л.А., Собельман И. И., Юков Е. А. Сечение возбуждения атомов и ионов электронами. М.: Наука, 1973.
- Вайштейн Л.А., Сафронова У. Н. Спектроскопические константы атомов // сб. статей АН СССР, 1977, С. 6−122.t