[E n g l i s h  v e r s i o n] Главная   с т р а н и ц а Ближайшие   семинары Прошедшие  семинары С о в е т  с е м и н а р а Положение о семинаре

"Лазерная релятивистская магнитоактивная плазма" В.С.Беляев, А.П.Матафонов (ФГУП ЦНИИМАШ, Королев, Российская Федерация) Аннотация: Результаты экспериментальных исследований: · Лазерная установка “Неодим”. Мощность 10 ТВт, интенсивность излучения до 3´10^18 Вт/см^2, длительность импульса 1,5 пс, длина волны 1,055 мкм. Установка оснащена комплексом измерений и контроля параметров лазерного излучения и диагностики атомных и ядерных процессов в лазерной плазме (параметров излучений – рентгеновского, g-излучения, потоков нейтронов и заряженных частиц). · Генерация сверхсильных магнитных полей. Предложен и экспериментально опробован прямой спектральный метод измерения величины сверхсильных магнитных полей, генерируемых в лазерной плазме. Метод основан на регистрации резонансного взаимодействия энергетических уровней Ландау магнитного поля с энергетическими уровнями ионов плазмы. При интенсивности 2´10^17 Вт/см^2 величина магнитного поля составляет величину около 40 МГс, а при I = 3´10^17 Вт/см^2 около 60 МГс. На основе метода интерферометрии чирпированных импульсов отработан метод контроля генерации в лазерной плазме сверхсильных магнитных полей. · Эффективная температура и направленное движение быстрых ионов в лазерной пикосекундной плазме. Результаты основаны на измерениях допплеровских спектров водородоподобных ионов фтора (мишень – пластинки из фторопласта толщиной 200 мкм). Важной особенностью энергетического распределения быстрых ионов является медленный спад вплоть до энергии 1,4 МэВ при интенсивности излучения I = 2´10^18 Вт/см^2, при этом эффективная температура быстрых ионов имеет величину 350 КэВ. По красному смещению допплеровского профиля линии Lya обнаружено направленное движение быстрых ионов вглубь мишени. · Генерация g-квантов МэВ энергии. Для исследования генерации g-квантов МэВ энергии использовались фотоядерные реакции ^9Ве(g, n) 2a с пороговой энергией Епор = 1,67 МэВ и ^18Та (g, n)^180Та с Епор= 7,56 МэВ. Соответственно зарегистрирована генерация g-квантов в количестве 10^8 с энергией свыше 1,67 МэВ и 10^3 с энергией свыше 7,56 МэВ. · Безнейтронная термоядерная реакция ^11В (p,a)2a. Впервые зарегистрирован выход a-частиц в безнейтронных термоядерных реакциях ^11В+Н в лазерной плазме. Выход a-частиц составил 10^3 частиц за импульс. Определен энергетический спектр a-частиц, содержащий характерные пики при энергии 3-4 МэВ и 6-10 МэВ. Одновременная регистрация нейтронов дала нулевой результат. · Исследование термоядерных реакций синтеза на базе перспективных термоядерных топлив DD, D^6Li, D^3He, H^7Li. Представлены результаты детального исследования реакции синтеза D(d,n)^3He в лазерной пикосекундной плазме. Использовались как твердотельные (r»1 г/см^3) (CD2)n, BeD, TiD, так и пенные (CD2)n (r=0,01¸0,05 г/см^3) мишени. Исследован выход нейтронов в зависимости от поляризации (P или S) излучения от величин предымпульсов в различных временных диапазонах от 1 пс до 10 нс. Экспериментально исследованы перспективные реакции синтеза ^6Li(d,a)^4He, ^3He(d,p)^4He, ^7Li(p,a)^4He. Определен энергетический спектр a-частиц, содержащий характерные пики при энергии 11 МэВ для ^6Li(d, a)^4He реакции, при энергии 9 МэВ для ^7Li(p,a)^4He реакции, при энергии 3,7 МэВ для ^3He(d,p)^4Не реакции и энергетический спектр протонов, содержащий характерный пик при энергии 14,7 МэВ для ^3He(d,p)^4Не реакции. · Генерация быстрых протонов. Для исследования генерации быстрых протонов использовалась ядерная реакция перезарядки протона ^7Li(p,n)^7Be с пороговой энергией Епор=1,88 МэВ. Показано, что в лазерной плазме генерируются быстрые протоны в количестве 10^8 с энергией выше пороговой. · Исследование энергетических спектров быстрых протонов. Из полученных энергетических спектров следует, что потоки протонов, зарегистрированные детекторами CR-39, расположенными за мишенью, значительно превосходят потоки протонов, зарегистрированные перед мишенью (т.е. испущенные против лазерного пучка). При этом максимальный поток протонов с энергией в диапазоне 0,8 ¸ 2,5 МэВ достигал 10^9ср^-1 за одну вспышку лазера. При уменьшении интенсивности лазерного излучения до 5´10^17 Вт/см^2 анизотропия в выходе протонов исчезала и поток протонов падал до 10^3 ср^-1. · Исследование пространственно-углового распределения быстрых протонов. Мишень: фольги из Ti и Cu толщиной 25, 30 мкм. Показано, что угол разлета протонов, испущенных вперед по нормали с тыльной поверхности мишени, составляет j1/2=26^0 для Ti и j1/2=14^0 для Cu фольги. На детекторах CR-39 четко различимы кольцевые структуры, образованные потоками протонов с энергией E<2,5 МэВ. Протоны с энергией свыше 2,5 МэВ образуют узконаправленный пучок с углом разлета j1/2 = 3°. Внутри узконаправленного пучка протонов с j1/2 = 3° были обнаружены коллимированные пучки протонов с j1/2 = 0,1°¸0,3°. Результаты теоретических исследований: · В рамках магнитной гидродинамики исследовано подобие лазерной релятивистской плазмы астрофизической плазме. Определены критерии подобия этих физических объектов. Показано, что релятивистская лазерная интенсивность (> 10^18 Вт/см^2) обеспечивает принципиально новые механизмы трансформации энергии в лазерной плазме. Среди них – генерация сверхсильных магнитных полей, образование электрон-ионных структур высокой энергии. · Показано, что время жизни таких структур может намного (> 100 раз) превышать длительность лазерного импульса. Пинчевание магнитного поля в такой структуре приводит к высокой (> 100 кэВ) плазменной (ионной) температуре. · Исследована пространственная структура электронных вихрей, генерируемых в лазерной плазме, и связанных с ними магнитных полей. Показано подобие потенциальных вихрей классической гидродинамики возникающим электронным вихревым структурам. Исследованы механизмы ускорения заряженных частиц, связанные с рассматриваемой вихревой структурой и квазинейтральными электромагнитными полями, генерируемыми в лазерной плазме. Исследованы бетатронный и циклотронный резонансный механизмы ускорения электронов. · Предложена и исследована модель генерации высокоэнергетичных потоков ионов (протонов) с аномально малой расходимостью. · Полученные результаты указывают на возможности и перспективы их использования в исследованиях термоядерных реакций. Представленные результаты экспериментов при интенсивности 3´10^18 Вт/см^2 хорошо согласуются с полученными теоретическими выводами. · Полученные теоретические результаты хорошо согласуются с результатами проведенных экспериментов. · Показано, что магнитогидродинамические процессы в лазерной плазме, реализуемые в условиях гигантских магнитных полей на микромасштабах, подобны магнитогидродинамическим процессам, наблюдаемым при слабых магнитных полях на космических масштабах. · Показаны перспективы и возможности “лазерной лабораторной астрофизики” – нового быстро развивающегося научного направления.