Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2014, выпуск 9 » Статья стр. 49
<<<>>>
Нагрев и охлаждение неравновесной плазмы многозарядных ионов в сильноточном протяженном малоиндуктивном разряде
Бурцев В.А.1, Калинин Н.В.1
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
Email: nvkalinin@rambler.ru
Поступила в редакцию: 25 сентября 2013 г.
Выставление онлайн: 20 августа 2014 г.
PDF версия
С помощью двухтемпературной МРГД-модели (радиационной магнитной гидродинамики) сильноточного объемно излучающего Z-разряда проведено численное исследование нагрева и охлаждения плазмы азота в импульсном пинчующемся протяженном разряде применительно к проблеме создания рекомбинационного лазера на переходах 3->2 H-подобных ионов азота (lambda=13.4 nm). Показано, что система питания разряда, основанная на двойной накопительно-формирующей и транспортирующей линии, позволяет создавать в плазме азота плотность мощности порядка 0.01-1 TW/cm3. Это обеспечивает возможность получения полностью ионизованной (т. е. состоящей из голых ядер и электронов) плазмы за счет сжатия-нагрева собственным магнитным полем протекающего по плазме тока и джоулева нагрева электронов, несмотря на охлаждение плазмы собственным излучением на этой стадии. Создание такой плазмы является необходимым этапом формирования активной среды лазера по рекомбинационной схеме на переходах H-подобных ионов. На втором этапе нужно быстро и глубоко охладить полученную плазму примерно до 20-40 eV за время 1-2 ns. Численное исследование охлаждения полностью ионизованной плазмы азота при расширении было проведено в режимах без выключения и с выключением разрядного тока с помощью ключа с быстро нарастающим сопротивлением. И в первом, и во втором случае расширение плазмы в разряде не является адиабатическим. Даже после выключения разрядного тока, достаточно быстрого, как в наших расчетах, не прекращается нагрев электронов во внутренних областях плазменного столба в течение времени, большего, чем время коммутации. Выключение разрядного тока лишь незначительно повышает эффективность охлаждения электронов. За время 2-3 ns в этом режиме на оси плазма остывает до 50-60 eV в первом случае и до 46-54 eV во втором.
  1. Rocca J.J. // Rev. Sci. Instr. 1999. Vol. 70. N 10. P. 3799--3827
  2. Gonzalez J.J., Fratti M., Rocca J.J. et al. // Phys. Rev. E. 2002. Vol. 65. P. 026404-9
  3. Виноградов А.В., Рокка Дж.Дж. // Квант. электрон. 2003. Т. 33. N 1. С. 7--17
  4. Suckewer S., Jaegle P. // Laser Phys. Let. 2009. Vol. 6. N 6. P. 411--436
  5. Элтон Р. Рентгеновские лазеры / Пер. с англ. М.: Мир, 1994. 335 с
  6. Attwood D. Soft X-rays and Extreme Ultraviolet Radiation. Principles and Applications. Cambridge University Press, 2007. 470 p
  7. Hammarsten E.C., Szapiro B., Jankowska E. et al. // Appl. Phys. B. 2004. Vol. 78. P. 933--937
  8. Purvis M., Grava J., Filevich J. et al. // Phys. Rev. E. 2007. Vol. 76. P. 046 402; Grava J., Purvis M.A., Filevich J. et al. // Phys. Rev. E. 2008. Vol. 78. P. 016 403; Grava J., Purvis M.A., Filevich J. et al. // IEEE Plasma Sci. 2008. Vol. 36. N 4. P. 1286; Purvis M.A., Grava J., Filevich J. et al. // Phys. Rev. E. 2010. Vol. 81. P. 036 408
  9. Tomasel F.G., Shlyaptsev V.N., Rocca J.J. // Rev. Sci. Instrum. 2008. Vol. 79. P. 013 503
  10. Capeluto M.G., Vaschenko G., Grisham M. et al. // IEEE T. Nanotechnol. 2006. Vol. 5. P. 3; Wachulak P.W., Capeluto M.G., Marconi M.C. et al. // Opt. Express. 2007. Vol. 15. P. 3465; Capeluto M.G., Wachulak P., Marconi M.C. et al. // Microelectron. Eng. 2007. Vol. 84. P. 721; Wachulak P.W., Capeluto M.G., Marconi M.C. et al. // J. Vac. Sci. Technol. 2007. Vol. 25. P. 2094
  11. Wachulak P., Grisham M., Heinbuch S. et al. // J. Opt. Soc. Am. B. 2008. Vol. 25. N 7. P. B104--B107
  12. Wachulak P.W., Urbanski L., Capeluto M.G. et al. // J. Micro-Nanolith. MEM. 2009. Vol. 8. P. 021 206
  13. Isoyan A., Jiang F., Cheng Y.C. et al. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2009. Vol. 37. P. 2931; Urbanski L., Marconi M.C., Isoyan A. et al. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2011. Vol. 29. P. 06F 504
  14. Wachulak P.W., Capeluto M.G., Menoni C.S. et al. // Opto-Electronics Rev. 2008. Vol. 16. P. 444
  15. Urbanski L., Li W., Rocca J.J., Menoni C.S. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2012. Vol. 30. P. 06F 502
  16. Urbanski L., Isoyan A., Stein A. et al. // Opt. Lett. 2012. Vol. 37. N 17. P. 3633
  17. Brewer C.A., Frazuela F., Martz D.H. et al. // Proc. SPIE. 2007. Vol. 6702. P. 21.
  18. Wachulak P.W., Marconi M.C., Bartels R.A. et al. // Opt. Express. 2007. Vol. 15. P. 10622; Wachulak P.W., Marconi M.C., Bartels R.A. et al. // Opt. Soc. Am. B. 2008. Vol. 25. P. 1811
  19. Sandberg R.L., Song C., Wachulak P.W. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. 2008. Vol. 105. P. 24
  20. Brewer C.A., Brizuela F., Wachulak P. // Opt. Lett. 2008. Vol. 33. P. 518; Brizuela F., Wang Y., Brewer C.A. et al. // Opt. Lett. 2009. Vol. 34. P. 271; Brizuela F., Howlett I., Carbajo S. et al. // IEEE J. Sel. Top. Quant. 2012. Vol. 18. P. 434,
  21. Bravo H., Szapiro B.T, Wachulak P.W. et al. // IEEE J. Sel. Top. Quant. 2012. Vol. 18. P. 443
  22. Carbajo S., Howlett I.D., Brizuela F. et al. // Opt. Lett. 2012. Vol. 37. N 14. P. 2994
  23. Гудзенко Л.И., Яковленко С.И. Плазменные лазеры. М.: Атомиздат, 1976. 256 с
  24. Держиев В.И., Жидков А.Г., Яковленко С.И. Излучение ионов в неравновесной плотной плазме. М.: Энергоатомиздат, 1986. 160 с.; Держиев В.И., Жидков А.Г., Яковленко С.И. // Тр. ИОФАН. 1992. Т. 40. С. 52--96; Гулов А.В., Держиев В.И., Жидков А.Г. и др. // Тр. ИОФАН. 1992. Т. 40. С. 98--121
  25. Боровский А.В., Запрягаев С.А., Зацаринный О.И., Манаков Н.Л. Плазма многозарядных ионов. СПб.: Химия, 1994. 344 с
  26. Боровский А.В., Галкин А.Л. Лазерная физика: рентгеновские лазеры, ультракороткие импульсы, мощные лазерные системы. М.: ИздАТ, 1996. 496 с
  27. Lee K., Kim D. // Appl. Phys. Lett. 2001. Vol. 79. N 13. P. 1968--1970
  28. Lee K., Kim J.H., Kim D. // CP641. X-Ray laser 2002: 8th Intern. Conf. on X-Ray Lasers / Ed. by J.J. Rocca et al. P. 97--102
  29. Lee K., Kim J.H., Kim D. // Phys. Plasmas. 2002. Vol. 9. N 11. P. 4749--4755
  30. Kampel N.S., Rikanati A., Be'Ery I. et al. // Proc of the 28th ICPIG. Prague, Czech. Republic. 2007. P. 1217--1220
  31. Burtsev V.A., Kalinin N.V., Vrba P., Vrbova M. // Proc. of the 28th ICPIG. Prague, Czech. Republic. 2007. P. 1228--1231
  32. Бурцев В.А., Калинин Н.В. // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33. Вып. 4. С. 1--10
  33. Бурцев В.А., Калинин Н.В. // ЖТФ. 2013. Т. 83. Вып. 7. С. 20--28
  34. Sakai Y., Takahashi S., Hosokai T. et al. // J. Plasma Fus. Res. Series. 2009. Vol. 8. P. 1317--1321; Sakai Y., Takahashi S., Komatsu T. et al. // Rev. Sci. Instrum. 2010. Vol. 81. P. 013 303; Sakai Y., Takahashi S., Hosokai T. et al. // J. Appl. Phys. 2010. Vol. 107. P. 083 303
  35. Wang Q., Xie Y., Zhao Y.P. et al. // Eur. Phys. J. D. 2009. Vol. 55. P. 243--247
  36. Вайнштейн Л.А., Собельман И.И., Юков Е.А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.: Наука, 1979. 320 с
  37. Пресняков Л.П., Шевелько В.П., Янев Р.К. Элементарные процессы с участием многозарядных ионов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 200 с
  38. Виноградов А.В., Чичков Б.Н. // Квант. электрон. 1983. Т. 10. N 4. С. 741--747; Виноградов А.В., Шляпцев В.Н. // Квант. электроника. 1987. Т. 14. N 1. С. 5--26
  39. Вайнштейн Л.А., Шевелько В.П. // Тр. Физического института им. П.Н. Лебедева АН СССР. 1987. T. 179. C. 88--102
  40. Беспалов И.М., Полищук А.Я. // Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15. Вып.2. C. 4--8; Беспалов И.М., Полищук А.Я. Методика расчета транспортных коэффициентов плазмы в широком диапазоне параметров. М.: ИВТАН, 1988. 36 с
  41. Lee K.T., Kim S.H., Kim D., Lee T.N. // Phys. Plasmas. 1996. Vol. 3. N 4. P. 1340--1347; Kim S.H., Lee K.T., Kim D., Lee T.N. // Phys. Plasmas. 1997. Vol. 4. N 3. P. 730--736
  42. Боброва Н.А., Буланов С.В., Разникова Т.Л., Сасоров П.В. // Физ. плазмы. 1996. Т. 22. N 5. С. 387--402; Боброва Н.А., Буланов С.В., Поцциоли Р. и др. // Физика плазмы. 1998. Т. 24. N 1. С. 3--8; Боброва Н.А., Буланов С.В., Сасоров П.В. // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Серия Б. Справочные приложения, базы и банки данных. Т. IX--2. Высокоэнергетичная плазмодинамика. М.: ЯНУС-К, 2007. Глава 11. С. 250--277
  43. Vrba P., Vrbova M., Bobrova N.A., Sasorov P.V. // CESJ. 2005. Vol. 3. N 4. P. 564--580
  44. Самарский А.А., Попов Ю.П. Разностные методы решения задач газовой динамики. М.: Наука, 1980. 352 c
  45. Башурин В.Л., Долголева Г.В. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Методики и программы численного решения задач математической физики. Вып. 1. М.: ЦНИИАтоминформ, 1987. С. 15--20
  46. Попов С.П., Ромашкевич Ю.И. // Журн. выч. матем. и матем. физ. 1977. Т. 17. N 6. С. 1602--1607; Майоров С.А. // Журн. выч. матем. и матем. физ. 1986. Т. 26. N 11. С. 1735--1739.

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme