ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА

Диагностика плазмы, создаваемой при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов на мишени с внутренней наноструктурой

И. Ю. Скобелев, А. Я. Фаенов, С. В. Гасилов, Т. А. Пикуз
Объединенный институт высоких температур РАН, Москва, Россия

С. А. Пикуз-мл.
Московский физико-технический институт (ГУ), г. Долгопрудный, Московская обл., Россия

А. И. Магунов
Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН, Москва, Россия

А. С. Болдарев, В. А. Гасилов
Институт математического моделирования РАН, Москва, Россия

   Проведена рентгеноспектральная диагностика процесса взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов интенсивностью 10¹⁶—10¹⁸ Вт/см² с СО₂-кластерами и замороженными частицами воды нанометровых размеров. Изучается стадия разлета кластеров и образования плазменного канала, определяющая параметры формируемого источника рентгеновского излучения и потоков ускоренных ионов. Измерения основаны на регистрации пространственно разрешенных рентгеновских спектров Н- и Не-подобных ионов кислорода. Использование для диагностики спектров ридберговских переходов позволяет определять параметры плазмы, образующейся к моменту времени t ~ 10 пс от начала лазерного фемтосекундного импульса. Показана роль заднего фронта лазерного импульса для поддержания температуры плазмы ~100 эВ на стадии неадиабатического разлета кластеров. Анализ профилей и относительных интенсивностей спектральных линий позволил определить температуру и плотность электронов в плазме, выделить фракции "тепловых" ионов и ионов, ускоренных до энергий в десятки килоэлектронвольт. Показано, что использование в качестве мишени твердотельных кластеров из замороженных капель воды нанометровых размеров приводит к существенному увеличению числа быстрых Не-подобных ионов. Эффективность ускорения Н-подобных ионов за счет использования кластерных мишеней не возрастает, поскольку время их ионизации в плазме превышает время разрушения кластеров.

PACS: 52.25.-b

Ключевые слова: рентгеноспектральная диагностика, кластеры, фемтосекундные лазерные импульсы, ускоренные ионы

Л и т е р а т у р а

1. Ditmire T., Tisch J. W. G., Springate E. et al.// Phys. Rev. Lett. 1997. V. 78. P. 2732.
2. Zweiback J., Smith R. A., Cowan T. E. et al.// Ibid. 2000. V. 84. P. 2634.
3. Kim K. Y., Milchberg H. M., Faenov A. Ya. et al.// Phys. Rev. E. 2006. V. 73. P. 066403.
4. Palchan T., Pecker S., Henis Z. et al.// Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P. 041501.
5. Stevenson K. P., Kimmel G. A., Dohnalek Z. et al.// Science. 1999. V. 283. P. 1505.
6. McPherson A., Luk T. S., Thompson B. D. et al.// Phys. Rev. Lett. 1994. V. 72. P. 1810.
7. Ditmire T., Donnelly T., Rubenchik A. M. et al.// Phys. Rev. A. 1996. V. 53. P. 3379.
8. Ditmire T., Zwelback J., Yanovsky V. P. et al.// Nature. 1999. V. 398. P. 489.
9. Parra E., Alexeev T., Fan J. et al.// Phys. Rev. E. 2000. V. 62. P. R5931.
10. Abdallah J. Jr., Csanak G., Fukuda Y. et al.// Phys. Rev. A. 2003. V. 68. P. 063201.
11. Sherrill M. E., Abdallah J. Jr., Csanak G. et al.// Phys. Rev. E. 2006. V. 73. P. 066404.
12. Kim K. Y., Kumarappan V., Milchberg H. et al.// Ibid. V. 78. P. 066463.
13. Mori M., Shiraishi T., Takahashi E. et al.// Journ. of Applied Phys. 2001. V. 90. P. 3595.
14. Смирнов М. Б., Скобелев И. Ю., Магунов А. И. и др.// ЖЭТФ. 2004. № 125. C. 1283.
15. Faenov A. Ya., Pikuz S. A., Erko A. I. et al.// Phys. Scr. 1994. V. 50. P. 333.
16. Faenov A. Ya., Magunov A. I., Pikuz T. A. et al.// Laser Part. Beams. 2007. V. 25. P. 267.
17. Fukuda Y., Kishimoto Y., Masaki T., Yamakawa K.// Phys. Rev. A. 2004. V.73. P.031201.
18. Junkel­Vives G. C., Abdallah J. Jr., Blasco F. et al.// Ibid. 2002. V. 66. P. 033204.
19. Фукуда Ю., Ямакава К., Акахане Й. и др.// Письма в ЖЭТФ. 2003. № 78. С. 146.
20. Fukuda Y., Akahane Y., Aoyama M. et al.// Laser and Particle Beam. 2004. V. 22. P. 215.
21. Junkel-Vives G. C., Abdallah J. Jr., Blasco F. et al.// Phys. Rev. A. 2001. V. 64. P. 021201.
22. Аугусте Т., Д'Оливейра П., Хулин С. и др.// Письма в ЖЭТФ. 2000. № 72. С. 54.
23. Мaгунов А. И., Пикуз Т. А., Скобелев И. Ю. и др.// Там же. 2001. № 74. С.412
24. Abdallah J. Jr., Faenov A. Ya., Skobelev I. Yu. et al.// Phys. Rev. A. 2001. V. 63. P. 032706.
25. Магунов А. И., Фаенов А. Я., Скобелев И. Ю. и др.// ЖЭТФ. 2002. № 122. С. 1158.
26. Junkel-Vives G. C., Abdallah Jr. J., Auguste T. et al.// Phys. Rev. E. 2002. V. 65. P. 036410.
27. Скобелев И. Ю., Фаенов А. Я., Maгунов А. И. и др.// ЖЭТФ. 2002. № 121. С. 88.
28. Magunov A. I., Faenov A. Ya., Skobelev I. Yu. et al.// Laser. Part. Beam. 2003. V. 21. P. 73.
29. Dorchies F., Caillaud T., Blasco F. et al.// Phys. Rev. E. 2005. V. 71. P. 066410.
30. Chu H.-H., Tsai H.-E., Chou M.-C. et al.// Phys. Rev. A. 2005. V. 71. P. 061804.
31. Willingale L., Mangles S. P. D., Nilson P. M. et al.// Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. P. 245002
32. Kumarappan V., Kim K. Y., Milchberg H. M.// Ibid. 2005. V. 94. P. 205004.
33. Fukuda Y., Akahane Y., Aoyama M. et al.// Physics Letters A. 2007. V. 363. P. 130.
34. Фаенов А. Я., Магунов А. И., Пикуз Т. А. и др.// Письма в ЖЭТФ. 2007. № 86. С. 204.
35. Monot P., Doumy G., Dobosz S. et al.// Opt. Lett. 2004. V. 29. P. 893.
36. Болдарев А. С., Гасилов В. А., Фаенов А. Я.// ЖТФ. 2004. № 74. С. 10.
37. Boldarev A. S., Gasilov V. A., Faenov A. Ya. et al.// Rev. Sci. Instrum. 2006. V. 77. P. 083112.
38. Palchan T., Henis Z., Faenov A. Ya. et al.// Appl. Phys. Lett. 2007. V. 91. P. 251501.
39. Shiraishi T., Mori M., Kondo K.// Phys. Rev. A. 2002. V. 65. P. 045201.
40. Li Y. T., Sheng Z. M., Ma Y. Y. et al.// Phys. Rev. E. 2005. V. 72. P. 066404.
41. Bagchi S., Prem Kiran P., Bhuyan M. K. et al.// Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P.141502.
42. Ditmire T., Donnelly T., Rubenchik A. M. et al.// Phys. Rev. A. 1996. V. 53. P. 3379.

Содержание