Фотохронографические методы регистрации рентгеновского излучения лазерной плазмы и плазмы Z-пинча.

Кирдяшкин М.Ю., Лазарчук B.П, Литвин Д.Н., Муругов В.М., Окутин Г.П., Петров С.И., Сеник А.В.

Российский федеральный ядерный центр ВНИИЭФ, 607190, Саров, Нижегородская обл., Россия

    Представлены методы фотохронографической регистрации рентгеновского излучения лазерной плазмы в экспериментах с мишенями различных типов, проводимых на установках "Искра-4" и "Искра-5", а также плазмы Z-пинча на установке "Сигнал-2".
    Приводятся   результаты разработки рентгеновских фотохронографов с щелевой   разверткой,   калибровочных  стендов   и   методик  калибровки фотохронографов и элементов рентгеновских оптических схем, методик регистрации ряда параметров плазмы.
    Методики позволяют регистрировать во времени непрерывное рентгеновское излучение плазмы в различных спектральных интервалах, разворачивать во времени  спектр  линейчатого  рентгеновского  излучения,  регистрировать одновременно несколько изображений плазмы в различных спектральных интервалах, регистрировать одновременно несколько сечений объекта с последующей реконструкцией ряда его двумерных изображений в различные моменты времени с пикосекундным временным разрешением.
    Методики позволяют контролировать однородность облучения мишени во времени, изучать динамику сжатия микросфер и разлетающейся плазменной короны, определять время существования сжатого ядра, исследовать временной ход электронной температуры стенки мишени-конвертора, изучать процессы перемешивания разноплотных веществ в многослойных мишенях, а также изучать пространственно-временную структуру "холодного" плазменного шнура и процессы генерации "горячих" точек в Z-пинче.

ФИЛАМЕНТАЦИЯ И ВЫНУЖДЕННОЕ РАССЕЯНИЕ МАНДЕЛЬШТАМА-БРИЛЛЮЭНА (ВРМБ) В ТУРБУЛЕНТНОЙ ПЛАЗМЕ

К.Н. Овчинников, В.П. Силин, С.А.Урюпин

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

    Воздействие на плазму интенсивного электромагнитного излучения с частотой большей ленгмюровской частоты электронов в линейном приближении по интенсивности излучения приводит к низкочастотной модуляции плотности заряда. Модуляция плотности возникает как из-за воздействия пондеромоторной силы, так и из-за теплопереноса и нагрева электронов, который возникает при обратном тормозном поглощении излучения. Изменение плотности электронов в поле интенсивного излучения является причиной таких нелинейных явлений как ВРМБ и филаментация. Поскольку возмущение плотности, связанное со столкновительным нагревом электронов, существенно зависит от особенностей переноса тепла, то в тех условиях, когда главной причиной модуляции плотности является обратное тормозное поглощение излучения, закономерности филаментации и ВРМБ зависят от особенностей теплопереноса. Развитие кинетической теории переноса слабостолкновительной  ламинарной  плазмы  позволило   выявить своеобразные закономерности филаментации [1] и ВРМБ [2]. С другой стороны недавно [3] сформулирована теория нелокального электронного переноса тепла в слабостолкновительной плазме с ионно-звуковой турбулентностью. Результаты работы [3] открывают возможность построения теории параметрических неустойчивостей в ранее не рассматривавшихся условиях, когда, во-первых, длина релаксации импульса электрона определяется его рассеянием на турбулентных пульсациях плотности заряда, а, во-вторых, квадрат волны плазменных возмущений оказывается меньше произведения двух средних длин свободного пробега электрона относительно его столкновений с турбулентными флуктуациями и с другими электронами. Для таких условий показано, что турбулентность плазмы понижает порог филаментации, а порог ВРМБ - может как повышать, так и понижать. Установлены зависимости порогов параметрических неустойчивостей от анизотропии плазменной турбулентности и эффективной длины пробега электронов. Найдены соответствующие зависимости пространственного масштаба   усиливающихся   филаментов   и   коэффициента   их пространственного усиления.

   [1] А.В. Максимов, В.П. Силин, ЖЭТФ 103, 73 (1993).
   [2] A.V. Maxirnov, V.P. Silin, Phys.Lett.A 192, 67 (1994).
   [3] В.П. Силин, С.А. Урюпин, ЖЭТФ 110, 2028 (1996).

 ВЫНУЖДЕННОЕ РАССЕЯНИЕ МАНДЕЛЬШТАМА - БРИЛЛЮЭНА И ФИЛАМЕНТАЦИЯ СПЕКЛОВАННЫХ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ В ПЛАЗМЕ

Тихончук В.Т., *Хюллер С., *Мунекс Ф., *Пем Д.

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия
*Центр теоретической физики, Высшая политехническая школа, Палезо, Франция

    Сглаживание лазерных пучков с помощью фазовых пластин широко применяется с современных лазерных установках для достижения более равномерного облучения мишеней для термоядерного синтеза. Вместо крупномасштабных неоднородностей интенсивности, характерных для мощных лазерных пучков, сглаженные пучки содержат мелкомасштабную спекл-структуру, которая оказывает существенное влияние на характеристики вынужденного рассеяния и филаментации лазерного пучка в целом. Мы представляем статистическую модель вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна (ВРМБ) для спеклованных лазерных пучков в неоднородной плазме, полученную в предположении, что нелинейные процессы протекают независимо в каждом спекле. Эта модель учитывает явление самофокусировки электромагнитного излучения в отдельном спекле и его влияние на коэффициент отражения из спекла назад за счет ВРМБ. Определенный таким образом "микроскопический" коэффициент ВРМБ-отражения использован затем для нахождения "макроскопического", усредненного по функции распределения спеклов, локального коэффициента отражения назад лазерного пучка из плазмы за счет ВРМБ. Предсказания модели в отношении "микроскопического" и "макроскопического" коэффициентов ВРМБ-отражения сопоставлены с данными численного моделирования. Результаты находятся в хорошем согласии в рамках применимости модели.
    В докладе будут представлены основные положения модели, результаты численного моделирования и обсуждены вытекающие из модели возможности управления ВРМБ в условиях реального эксперимента.

НОВЫЙ МЕХАНИЗМ ПЛАЗМЕННОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЙ ОБРАТНЫМ ТОРМОЗНЫМ ПОГЛОЩЕНИЕМ

Максимов А.В., Овчинников К.Н., Силин В.П., Урюпин С.А.

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

    В теории параметрических неустойчивостей плазмы в последние годы возник определенный прогресс в случае слабостолкновительной плазмы, когда стало ясно, что в плазме, обычно считающейся бесстолкновительной, в действительности   необходимо   учитывать   столкновения.   Численные эксперименты [1] и аналитическая теория [2] установили факт нелинейного влияния поля накачки на закономерности нелокального переноса и параметрических неустойчивостей в слабостолкновительной плазме. Это было установлено в случае достаточно сильных полей накачки, когда параметр Лангдона a = ZV_E² / V_T² не мал по сравнению с единицей. Здесь Z - кратность ионизации, V_E - скорость осцилляций электрона в поле накачки, V_T -  тепловая скорость электрона.
    В настоящих тезисах сообщается о новой нелинейности в плазме, которая проявляется при существенно меньших полях, когда a << 1 . Сущность тех новых нелинейных эффектов в плазме, о которых пойдет речь, заключается в перестройке распределения электронов в области малых скоростей V << V_T. Такая перестройка происходит в результате обратного тормозного поглощения излучения и приводит к формированию распределения электронов, отличающегося от максвелловского. Новый эффект проявляет себя в слабостолкновительной плазме, когда тепловые электроны являются бесстолкновительными,  а  подтепловые  столкновительные  электроны оказывают определяющее воздействие на возмущение распределения электронов.
    Определено   возмущение   функции   распределения   электронов неоднородным электромагнитным полем и неоднородное возмущение плотности электронов, которые нелинейно зависят от интенсивности греющего поля. Найден зависящий от интенсивности поля коэффициент нелокальной электронной теплопроводности, вид которого позволяет говорить о нелинейном подавлении ограничения электронного переноса тепла.
    Новый результат для возмущения плотности электронов открывает возможность пересмотра теорий ряда параметрических неустойчивостей плазмы в условиях, которые являются типичными для лазерной плазмы.

    Литература
   1. Epperlein Е.М., Short R.W. Phys. Rev. E., 1994, v.50, p. 1697.
   2. Силин В.П. ЖЭТФ, 1995, T.108, c.l93.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПЕРЕНОСА С УЧЕТОМ РЕЛАКСАЦИИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА И "ИСТОЧНИКОВ" ЭНЕРГИИ

Леванов Е.И., Волосевич П.П.

Институт математического моделирования РАН г.Москва, Россия

    Работа   посвящена   исследованию   нелинейной   модели   "гиперболической теплопроводности" при наличии источников или стоков энергии различной физической природы. Во многих случаях для анализа процесса переноса тепла используется закон Фурье (W=-K gradT). Однако рамки применимости закона Фурье ограничены рядом принципиально важных требований, например, таких как малость длины и времени свободного пробега частиц по сравнению с характерными пространственно-временными масштабами изменения температуры. В работе используется известная модель, которая опирается на уравнение для потока тепла вида
, где t - время релаксации теплового потока, по порядку величины равное времени свободного пробега частиц, K - коэффициент теплопроводности. Соответствующая система уравнений газовой динамики рассматривается в приближении плоской и сферической симметрии. Параметры t, K и источники (стоки) энергии предполагаются зависящими от термодинамических величин. Анализ проводится путем сочетания автомодельных решений с вычислительными экспериментами. Модель теплопереноса гиперболического типа исследуется также на примере сверхвысокого сжатия и нагрева вещества сферической мишени импульсом лазерного излучения. Проведен анализ качественных различий в поведении процессов при использовании закона Фурье и модели теплопереноса, основанной на учете релаксации теплового потока.

НЕЛОКАЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС И ПОНДЕРОМОТОРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИ ОБРАТНОТОРМОЗНОМ НАГРЕВЕ ПЛАЗМЫ

Быченков В.Ю., Брантов А.В., *Розмус В., Тихончук В.Т.

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, Москва, Россия.
Институт теоретической физики. Физический факультет. Университет Альберты, Эдмонтон, Канада.

    Развита теория нелокального электронного переноса для малых возмущений в плазме с большим Z, нагреваемой лазерным излучением, в случае произвольного отношения характерного пространственного масштаба к длине пробега электрона (параметра столкновительности).  На основе точного решения линеаризованного электронного кинетического уравнения, включающего в себя пондеромоторные эффекты и нагрев плазмы за счет обратнотормозного поглощения лазерного излучения, получена замкнутая система квазигидродинамических уравнений переноса. Найдены все нелокальные электронные коэффициенты переноса и исследованы их зависимости от параметра столкновительности и интенсивности греющего излучения. Выражение для электронного теплового потока, наряду со стандартным градиентным членом, содержит ионный конвективный вклад, а также вклады, обусловленные пондеромоторной  силой  и  обратнотормозным  нагревом.  Последовательная идентификация таких различных источников теплопереноса необходима для универсального определения  коэффициента теплопроводности, независящего от конкретной задачи. Последнее демонстрируется на примерах, обсуждавшихся ранее в связи с дискуссией по так называемой "теплопроводности, зависящей от решаемой проблемы". Впервые для всей области параметра столкновительности получено выражение для пондеромоторной силы с учетом эффекта обратнотормозного нагрева плазмы.

 Эксперименты по облучению высокоаспектных микромишеней на лазерной установке "ИСКРА-4"

Бессараб А.В., Бушуев B.C.*, Воронич И.Н., Гаранин С.Г., Горбунов А.А., Деркач В.Н., Дороготовцев В.М.*, Зарецкий А.И., Кочемасов Г.Г., Лазарчук В.П., Мартыненко С.П., Меркульев Ю.А.*, Окутин Г.П., Петров С.И., Рукавишников Н.Н., Сеник А.В., Смирнов А.Б., Суслов Н.А., Сухарев С.А.

Российский Федеральный Ядерный Центр - ВНИИЭФ, Саров, Нижегородской обл., Россия
*ФИ РАН, Москва, Россия

    На лазерной установке "ИСКРА-4" проведена серия экспериментов по облучению высокоаспектных микромишеней с аспектным отношением 400-500. Мишени облучались второй гармоникой йодного лазера. Энергия, подведенная к мишени, составила ~ 200 Дж. при длительности лазерного импульса 0.15-0.5 нс.
    В опытах зарегистрированы обскурограммы микромишеней, спектр линейчатого рентгеновского излучения с пространственным разрешением. С помощью многоканальной камеры обскуры и РЭОП получены квазикадровые изображения микромишени в рентгеновском излучении, определена средняя скорость полёта оболочки микромишени.
    Зарегистрирован нейтронный выход, получены изображения сжатой области микромишени в a-частицах.

РАЗРАБОТКА СХЕМЫ СОГЛАСОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ АПЕРТУР УСИЛИТЕЛЬНОГО ТРАКТА И ФОКУСИРУЮЩИХ ОБЪЕКТИВОВ НА МИШЕННОЙ КАМЕРЕ УСТАНОВКИ "ИСКРА 6".

Гаранин С.Г., Комиссарова Т.Н., Львов Л.В., Рукавишникова И.Н., Рядов А.В., Шацман В.Л.

Российский Федеральный Ядерный Центр - ВНИИЭФ, г.Саров, Россия.

    В докладе намечены подходы к разработке системы согласования выходных апертур усилительного тракта и фокусирующих объективов на мишенной камере 128 пучковой неодимовой лазерной установки "Искра 6". Сформулированы требования к системе согласования. Представлена общая модель одного из ее каналов. Описана методика автоматизированного расчета системы согласования и представлены различные варианты схем с использованием 2-х, 3-х и 4-х транспортировочных зеркал, разводящих в пространстве лазерные пучки относительно центра мишенной камеры.

ИССЛЕДОВАНИЕ УГЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕЯННОГО ВПЕРЕД ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ПОРИСТЫХ МИШЕНЕЙ МАЛОЙ ПЛОТНОСТИ.

А.А. Рупасов, С.Ю. Гуськов, Ю.С. Касьянов*, М.О. Кошевой, В.Б. Розанов, А.А. Шиканов.

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия, *Институт общей физики РАН, Москва, Россия.

    Проведены детальные экспериментальные исследования углового распределения излучения лазера при взаимодействии с мишенями малой плотности, которые предполагается использовать в качестве компонента в термоядерных мишеней. Эти исследования необходимы для идентификации процессов, имеющих место в пористых мишенях, и для понимания механизмов переноса излучения в таких мишенях. Эксперименты по облучению пористых мишеней проводились на одноканальном неодимовом лазере с преобразованием излучения во вторую гармонику (0.53 мкм) с длительностью импульса 2.5 нс при диаметре фокального пятна на мишени 15 мкм, что обеспечивало плотность потока 5Ч10¹⁴ Вт/см² . Плоские мишени имели толщины от 200 до 800 мкм и были изготовлены из полипропилена со средней плотностью 0.02 г/см³ и средним диаметром пор 50 мкм. Полученные результаты для пористых мишеней сравнивались с результатами для мишеней из сплошного полипропилена с плотностью 1 г/см³. Угловое распределение греющего лазерного пучка, прошедшего сквозь мишени малой плотности, измерялось с временным разрешением. Для этого использовалась щелевая электронно-оптическая камера. Для визуализации угловой структуры использовался матовый экран, расположенный позади мишени. Изображение угловой структуры пучка образовывалось на экране и передавалось на щелевую камеру с помощью объектива. Таким образом, каждому углу рассеяния соответствовала определённая пространственная точка на щели прибора.
    Измеренная динамика углового распределения прошедшего сквозь мишень излучения свидетельствует о наличии начального пропускания пористой мишени для излучения, соответствующего крыльям центрального пика интенсивности. Позже имеет место момент резкого увеличения угла рассеяния, зависящий от толщины мишени. Резкое возрастание интенсивности излучения на втором участке временных развёрток обусловлено приходом этого центрального пика на тыльную сторону мишени. Наблюдающееся возрастание углового размера указывает на развитие процесса самофокусировки в плазме.

 РЕГИСТРАЦИЯ СПЕКТРОВ МР-ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛАЗМЫ, СОЗДАВАЕМОЙ ТЕРРАВАТТНЫМ ЛАЗЕРОМ НА ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ И ГАЗОВЫХ МИШЕНЯХ.

А.А. Рупасов, И.В. Глазырин**, А.С. Шиканов, А.М. Максимчук*, Д. Умштадтер*, С. Чен*

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия,
* Университет Мичигана, Энн-Арбор, США,
**РФЯЦ-ВНИИТФ, Снежинск, Россия.

    Проведены исследования МР-излучения плазмы, создаваемой на твердотельных и разовых мишенях лазером с ультракороткой длительностью импульса 400 фс, энергией 3 Дж и длиной волны 1,053 мкм. Лазерный пучок диаметром 50 мм фокусировался в пятно диаметром 10 мкм с помощью внеосевого параболического зеркала с фокусным расстоянием 16,5 см, что обеспечивало плотность потока 6Ч10¹⁸ Вт/см². Твердотельные мишени были из Cu и Al, а газовые мишени представляли собой струю газа, истекающую из сопла диаметром 1 мм под высоким начальным давлением 7 МПа. Эксперименты проведены для Ar, N и Не. Регистрация спектров МР-излучения в диапазоне длин волн 5-350 А проводилась спектрографом с пропускающими дифракционными решетками (1000 штр./мм, площадь 100 мкм х 1,5мм), расположенным под углом к лазерному пучку 45° для твердотельных мишеней и 150° и 180° для газовых мишеней. Спектры регистрировались на рентгеновскую фотопленку УФ-ВР-2 интегрально за импульс.
    Восстановленные по денситограммам спектры сравниваются с результатами численного моделирования для условий, соответствующих экспериментальным, с целью диагностики плазменных параметров и протекающих процессов.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ИСТОЧНИКА В ОБЛАСТИ 5 кэВ С ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕННОЙ НАКАЧКОЙ.

Ю.В. Коробкин, И.В. Романов, А.А. Рупасов, Д.А. Федин, А.С. Шиканов, В. Арора*, П. Гупта*, А. Мурти*, П. Найк*, Л. Рагурам*, С. Сайладжа*, Д.Упадхья*.

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия,
*Центр передовых технологий, Индор, Индия.

    Представлены результаты исследования точечного монохроматического источника рентгеновского излучения в области энергий квантов 5 кэВ. Источник разработан на основе   вакуумного   диода   с   лазерно-плазменным   катодом.   Приводятся экспериментальные зависимости квантового выхода рентгеновского излучения от энергии лазерного импульса, ускоряющего напряжения, расстояния мишень-анод. Найдены оптимальные параметры вакуумного диода с лазерно-плазменным катодом для потоков лазерного излучения 10¹⁰ -3Ч10¹² Вт/см² . Параметры рентгеновского излучения в К линиях для T_i-катода были следующие: 1) спектральная яркость более, чем 10¹⁹ фотон/см².с.ср. кэВ, 2) пространственный размер источника < 300 мкм, 3) длительность рентгеновского импульса 20 нс.
    Для оптимизации параметров плазмы, возникающей на материале катода под воздействием лазерного излучения, проведены исследования спектра рентгеновского излучения плазмы в диапазоне 5-80 А для алюминиевой и углеродной мишеней. Плазма создавалась сфокусированным пучком неодимового лазера мощность 2 Гвт с длительностью импульса 28 нс при плотности потока на мишени 3Ч10¹²  Вт/см². Измерения проводились с помощью спектрографа с пропускающими дифракционными решетками под прямым углом к лазерному пучку. Использовались два типа решеток : 1) прямоугольная с периодом 0.2 мкм и апертурой 150 мкм х 3000 мкм, и 2) пинхольная с периодом 0.5 мкм и с круглой апертурой диаметром 50 мкм. Значения электронной температуры плазмы, полученные из отношений интенсивностей спектральных линий составили 200 эВ и 150 эВ для алюминиевой и углеродной плазм, соответственно.

О ФИЛАМЕНТАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПЛАЗМЕ, ГРЕЮЩЕЙСЯ БЛАГОДАРЯ ОБРАТНОМУ ТОРМОЗНОМУ ПОГЛОЩЕНИЮ

Максимов А.В., Овчинников К.Н., Силин В.П., Урюпин С.А.

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

    Явление филаментации пучков электромагнитного излучения в плазме привлекает внимание уже много лет. При описании этого явления различают два физически противоположных предела, в одном из которых плазма рассматривается как бесстолкновительная, а причиной филаментации является стрикционное воздействие излучения на плазму. Такой механизм филаментации оказывается определяющим, например, для   достаточно   длинноволнового   лазерного   излучения   и   для   достаточно высокотемпературной плазмы. В противоположном пределе для столкновительной плазмы причиной филаментации является неоднородный нагрев плазмы электромагнитным полем, а порог неустойчивости определяется балансом нагрева и переноса тепла. При этом особенности филаментации существенно зависят от закономерностей электронного переноса тепла.
    Недавно было показано [1], что нелокальная электронная теплопроводность слабостолкновительной плазмы существенно зависит от интенсивности сравнительно слабого греющего плазму излучения, что связано с соответствующей зависимостью порождаемого неоднородным полем возмущения плотности. Полученное в [1] неоднородное возмущение  плотности  позволяет  изучить  новые  режимы  филаментации  в слабостолкновительной плазме, когда характерный масштаб неоднородности плазменных возмущений порядка или несколько больше длины свободного пробега электрона. Именно таковы параметры плазмы в ряде экспериментов [2].
    Нами получены новые выражения для коэффициента усиления филаментации и для значения волнового вектора, при котором коэффициент усиления максимален. Новый режим нелинейной нелокальной филаментации реализуется при умеренных значениях интенсивности поля накачки. При уменьшении интенсивности накачки он переходит в режим нелокальной филаментации [3], а при увеличении интенсивности - в хорошо изученный режим стрикционной филаментации. Отметим, что новый режим нелинейной нелокальной филаментации характеризуется намного более слабой зависимостью коэффициента усиления и, следовательно, размера максимально растущего филамента от интенсивности накачки, чем в режимах нелокальной [3] и стрикционной филаментации.
    Отметим, что новый режим нелинейной нелокальной филаментации характеризуется намного более слабой зависимостью коэффициента усиления и, следовательно, размера максимально растущего филамента от интенсивности накачки, чем в режимах нелокальной [3] и стрикционной филаментации.

    Литература
   1. Максимов А.В., Овчинников К.Н., Силин В.П., Урюпин С.А. Настоящий сборник.
   2. Young Р.Е. Phys. Plasmas, 1995, v.2, p.2815.
   3. Максимов А.В., Силин В.П. ЖЭТФ, 1993, T.I 03, c.73.

ИОННО-ЗВУКОВАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ ОБРАТНОМ ТОРМОЗНОМ ПОГЛОЩЕНИИ ПОЛЯ СЛАБОСТОЛКНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАЗМОЙ

Вагин К.Ю., Силин В.П., Урюпин С.А.

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

    Ионно-звуковая неустойчивость плазмы изучается теоретически и экспериментально в течение длительного периода времени. С ней связывают аномальные свойства лазерной плазмы, когда достаточно сильные градиенты плотности и температуры электронов в нагреваемой излучением плазме оказываются эффективной причиной развития ионно-звуковой неустойчивости. В условиях, когда диссипация греющего плазму излучения обусловлена обратным тормозным поглощением, может реализоваться сильно неоднородное состояние горячей плазмы, в которой средняя длина свободного пробега электронов значительно превосходит характерный масштаб неоднородности электромагнитного поля и плазма оказывается слабостолкновительной. В последнее время необычные свойства слабостолкновительных плазм привлекают значительный интерес (см. например [1], [2]). Несмотря  на  то  большое  внимание,  которое  уделяется  разработке  теории слабостолкновительной плазмы, до сих пор не уделялось достаточно внимания теории возбуждения ионно-звуковой неустойчивости, хотя необходимость изучения проблематики возбуждения, особенно применительно к лазерной плазме, представляется очевидной. Соответствующее исследование выполнено в настоящем сообщении.
    Основу рассмотрения составляет кинетическое уравнение для функции распределения электронов, усредненной по периоду высокочастотного электромагнитного поля. В условиях, когда длина свободного пробега тепловых электронов превосходит масштаб неоднородности билинейных комбинаций компонент амплитуды электромагнитного поля, построено решение кинетического уравнения, как для подтепловых столкновительных электронов так и для основной массы бесстолкновительных электронов с тепловыми скоростями. Используя полученное распределение электронов, изучен инкремент ионно-звуковой неустойчивости. Проанализированы вклады в инкремент от тепловых и медленных подтепловых электронов. Показано, что в слабостолкновительной плазме, нагреваемой благодаря обратному тормозному поглощению, инкремент неустойчивости является сильно анизотропной функцией волнового вектора звука. Инкремент неустойчивости максимален в направлении неоднородности поля и в этом направлении определяется в основном тепловыми электронами. Однако, по мере увеличения угла между волновым вектором звука и направлением неоднородности поля, вклад в инкремент от тепловых электронов быстро убывает, а главным становится вклад от подтепловых столкновительных электронов. Оценки, проведенные для типичных параметров горячих лазерных плазм, демонстрируют, что абсолютное значение инкремента в направлениях его максимума настолько велико, что реализуются условия возможности эффективного развития ионно-звуковой неустойчивости.
    Сравнительная легкость развития неустойчивости в плазмах с редкими электрон-ионными столкновениями, взаимодействующих с лазерным излучением умеренной интенсивности, указывает на необходимость привлечения представлений о ионно-звуковой турбулентности для адекватного описания параметрических неустойчивостей и электронного переноса в таких плазмах.

    Литература.
   1. Epperlein E.M. Phys. Rev. Lett. 1990, v.65,p.2145.
   2. Силин В.П. ЖЭТФ. 1994, т.106,с.1398.

ПРОДОЛЬНАЯ ВОЛНА НЕЛИНЕЙНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ В ПЛОСКОМ СЛОЕ РАЗЛЕТАЮЩЕГОСЯ ВЕЩЕСТВА.

Доскач И. Я., Гуськов С. Ю.

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

    Представлено аналитическое решение двумерной задачи о самосогласованном распространении в плоском безграничном слое вещества продольной волны нелинейной теплопроводности от мгновенного цилиндрического источника энергии, ось которого перпендикулярна поверхности слоя, и волны поперечного разлёта вещества, прогреваемого тепловой волной. При этом разлёт вещества может осуществляться либо через свободные поверхности слоя, либо через соосные с областью действия источника отверстия в стенках, ограничивающих слой.
    Решение получено для следующих постановок задачи: плоского слоя окруженного вакуумом; плоского слоя, граничащего по одной своей поверхности с вакуумом, а по другой - с теплоизолирующей, бесконечно тонкой и бесконечно тяжёлой стенкой, которая может быть либо сплошной, либо может иметь отверстие соосное с областью действия источника энергии; плоского слоя, ограниченного с обеих сторон теплоизолирующими, бесконечно тонкими и бесконечно тяжёлыми стенками, когда либо одна из них, либо обе имеют отверстие соосное с областью действия источника энергии. Получены решения, описывающие формирование задней границы прогретой области , обусловленное поперечным разлётом вещества, и определена доля энергии, переходящая в энергию гидродинамического движения в результате разлёта вещества через свободные границы слоя или истечения через отверстия.
    В качестве приложений рассматриваются проблемы ввода лазерного пучка, поглощения лазерного излучения и переноса энергии в мишенях инерциального термоядерного синтеза "лазерный парник" с внутренним вводом лазерного излучения [1], а также проблема формирования волны нелинейной теплопроводности во внутренних каналах цилиндрических систем с целью обеспечения сжатия вещества в стационарном режиме управляемой термоядерной реакции [2].

    Работа   выполнена   при   финансовой   поддержке   Российского   Фонда Фундаментальных Исследований (проект N 97-02-16727).

    Литература.
   1. Гуськов С.Ю., Змитренко Н.В., Розанов В.Б. ЖЭТФ 1995,108, 548.
   2. Гуськов С.Ю., Феоктистов Л.П. Письма в ЖЭТФ 1997, 66, 788.

ДВУМЕРНАЯ ВОЛНА НЕЛИНЕЙНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ В СЛОИСТО-НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДЕ.

Доскач И.Я., Гуськов С.Ю.

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

    Представлено аналитическое решение задачи о двумерной волне нелинейной теплопроводности от цилиндрического источника энергии, действующего в плоском слое вещества, окружённом средой с отличными массовой плотностью и степенью ионизации. Решение основано на соотношениях подобия для одномерных плоских и цилиндрических волн нелинейной теплопроводности и построено в виде суперпозиции осевых и радиальных тепловых волн в приближении единого поля температурного градиента.
    Для построения аналитического решения задачи о распространении многомерной тепловой волны, предложено приближение "вторичных волн".
    На основании полученного решения представлено теоретическое обоснование ряда интересных явлений формирования фронта и распространения двумерной тепловой волны в неоднородной среде, связанных с разницей в скоростях тепловой волны в средах с различными коэффициентами температуропроводности. В частности, показано, что в случае, когда плотность вещества в слое, в котором действует источник энергии, превышает плотность окружающей среды, за счёт более высокой пространственной скорости распространения тепловой волны в малоплотной среде по сравнению со скоростью волны в слое происходит "скольжение" фронта тепловой волны вдоль границ слоя с пространственной скоростью большей, чем скорость волны внутри слоя, а также имеется возможность "теплового затекания" слоя через его границы с окружающей средой перед фронтом тепловой волны, распространяющейся внутри слоя.
    В качестве приложений рассматриваются проблемы переноса энергии в многослойных мишенях инерциального термоядерного синтеза, а также проблема формирования волны нелинейной теплопроводности в двухкаскадной цилиндрической системе, обеспечивающей предварительное сжатие вещества в стационарном режиме управляемой термоядерной реакции [1].

    Работа   выполнена   при   финансовой   поддержке   Российского   Фонда Фундаментальных Исследований (проект N 97-02-16727).

    Литература.
   1. Гуськов С.Ю., Феоктистов Л.П. Письма в ЖЭТФ 1997,66, 788.

ЛОКАЛИЗАЦИЯ ВЫНУЖДЕННОГО РАССЕЯНИЯ МАНДЕЛЬШТАМА -БРИЛЛЮЭНА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ СПЕКЛОВАННОГО ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА С ПЛАЗМОЙ

Тихончук В.Т., *Лабон К., **Балдис Г.

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

* Лаборатория по использованию мощных лазеров. Высшая политехническая школа, Палезо, Франция

**Институт лазерных исследований и приложений, Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса, Ливермор, США

    В докладе будут представлены результаты экспериментальных исследований вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна (ВРМБ) при взаимодействии спеклованного лазерного пучка с заранее приготовленной плазмой и результаты их теоретического моделирования на основе статистической теории ВРМБ. Эта теория предполагает, что ВРМБ протекает независимо в каждом спекле и дает естественное объяснение наблюдаемого эффекта истощения накачки в некоторых спеклах наряду со сравнительно небольшим коэффициентом отражения ВРМБ назад для лазерного пучка в целом. Статистическая модель ВРМБ впервые позволяет с единых позиций объяснить наблюдаемые данные по временной форме ВРМБ-сигнала, коэффициенту отражения и форме спектра отраженного сигнала. Кроме того модель удовлетворительно объясняет данные по пространственной локализации ВРМБ (по оси лазерного пучка) и амплитуде ионно-звуковых волн, полученные с помощью томсоновского рассеяния зондирующего лазерного пучка.
    Эксперимент также подтвердил одно из основных положений статистической модели ВРМБ: с помощью анализа изображений поперечного сечения лазерного пучка показано, что рассеяние происходит из нескольких ярких областей малого размера, причем локальный коэффициент отражения из них в 50 - 100 раз выше среднего коэффициента ВРМБ-отражения.

ФОРМИРОВАНИЕ ВОЛНОВОДА С ПРЕДЕЛЬНО МАЛЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ РАЗМЕРОМ ПРИ СОГЛАСОВАННОМ РЕЖИМЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА ВЫСОКОЙ (>10¹⁸ Вт/см²) ИНТЕНСИВНОСТИ И ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ ~100 пкс В НАДКРИТИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ

Б.А. Войнов, Г.Г. Кочемасов, Л.М. Мхитарьян

Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский НИИ экспериментальной физики, 607190, Саров, Нижегородской области

    Исследуется задача о распространении сфокусированного лазерного пучка в плазме c, имеющей начальную плотность много больше критической. Решаются совместно уравнение Гельмгольца и уравнения одножидкостной газодинамики с релятивистской пондеромоторной силой. Показано, что в процессе воздействия лазерного излучения на плазму при мощностях, превышающих критическую и длительностях импульса ~(10-100) нкс формируется устойчивый волновод с поперечным размером порядка длины волны.

 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВВОДА ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ НА СИММЕТРИЮ СЖАТИЯ В МИШЕНЯХ ТИПА "ЛАЗЕРНЫЙ ПАРНИК"

И.Г. Лебо, С.Ю. Гуськов, В.Б. Розанов, *В.В.Демченко

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, 117924, Москва, Ленинский проспект, 53
*Московский физико-технический институт, 141700, Московская обл., г.Долгопрудный

    В мишенях типа "Лазерный парник" [1,2] требуется вводить лазерные пучки через отверстия во внешней камере для нагрева малоплотного поглотителя ( с плотностью меньшей критической плотности для данного типа лазера ). Одномерные расчеты показывают, что в таких мишенях имеется возможность достичь эффективности нагрева и сжатия внутренней рабочей мишени близкой той, которая может быть получена в мишенях прямого сжатия.
    Истечение плазмы через отверстия, испарение и ударные волны во внешней камере приводят к потерям энергии и снижению эффективности такой мишени. С помощью двумерных численных расчетов, выполненных по эйлеровой программе "ФАКЕЛ" в сферической осесимметричной геометрии (координаты r,q,t ) [ 3 ] моделируется нагрев мишеней типа "Лазерный парник" и показано, что учет истечения плазмы через отверстия приводит к потерям энергии на 30 — 40% и ухудшению симметрии сжатия рабочей мишени.

    Литература.
   1. Гуськов С.Ю., Змитренко Н.В., Розанов В.Б. ЖЭТФ, 108,548, (1995)
   2. Лебо И.Г., Попов И.В., Розанов В.Б., Тишкин В.Ф. Квантовая электроника, 22,1257, (1995)
   3. Гуськов С.Ю., Демченко В.В., Лебо И.Г., Розанов В.Б. Численное моделирование влияния ввода излучения через отверстия на симметрию сжатия в мишенях типа "Лазерный парник". Препринт ФИАН, N7, М., 1997

Исследования переноса энергии в объемно-структурированной среде.

С.В. Бондаренко, С.Г. Гаранин, Г.А. Кириллов, Ю.Ф. Кирьянов, Г.Г. Кочемасов

Российский Федеральный ядерный центр - ВНИИЭФ

    В настоящей работе исследовались физические свойства "пены" - малоплотной (со средней плотностью ~1 мкг/см³) микроструктурированной среды. Проведена классификация различных типов "пены", исходя из особенностей ее внутренней структуры. Рассмотрены особенности распространения мощного лазерного излучения в таких средах и получены соотношения для глубины проникновения ЛИ в "пенах" с различной структурой. На основе анализа одномерных расчетов прогрева "пены" получено автомодельное решение, описывающее разлет плоской стенки (нити) при одновременном ее нагреве по закону Т = At^a. В рамках этого решения построена модель теплопереноса в пористой среде и получено соотношение для скорости гидротепловой волны  (c_T - изотермическая скорость звука в объеме прогретого вещества, К - константа, определяемая в рамках модели). Показано, что теплоперенос в "пене" связан с газодинамическим движением вещества (в т.н. режиме гидротепловой волны) и происходит со скоростями в несколько раз превышающими скорость звука. Проведено сравнение режимов прогрева вещества нелинейной волной теплопроводности и гидротепловой волной. С помощью этой модели интерпретированы результаты экспериментов на установке NOVA. Получено удовлетворительное совпадение экспериментальных данных и расчетов на начальные времена (Ј0.3 нс).
    Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по разделу "Поддержка ведущих научных школ".

1D И 2D МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ОБЪЕМНО-СТРУКТУРИРОВАННОЙ СРЕДЕ ПРИ ПОГЛОЩЕНИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Змитренко Н.В., Попов И.В., Тишкин В.Ф., *Гуськов С.Ю., *Розанов В.Б.

Институт математического моделирования РАН, Москва, Россия
* Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия

    В работе численно изучено влияние различных физических и геометрических факторов на глубину проникновения тепловой волны в условиях современных экспериментов по взаимодействию лазерного излучения с "пенными" мишенями. Расчеты были выполнены с помощью многомерной программы HEAT_3D и одномерного кода DIANA.   Отмечены особенности учета гидродинамического движения, ограничения электронной теплопроводности, неоднородности среды и неодномерности процесса распространения тепла.

К ВОПРОСУ О ПОДАВЛЕНИИ НЕУСТОЙЧИВОСТИ РИХТМАЙЕРА-МЕШКОВА.

Алешин А.Н., Лазарева Е.В., Сергеев С.В., Зайцев С.Г.

ЭНИН им. Г.М.Кржижановского, Москва, Россия

    Проведено исследование развития неустойчивости Рихтмайера-Мешкова при переходе ударной волны из гелия в ксенон через слой аргона. Исследование выполнено на ударной трубе, канал камеры низкого давления которой был разделен на три части двумя тонкими пленками заданной формы, моделирующими исходные поверхности контакта между гелием-аргоном и аргоном-ксеноном. В работе определялись наибольшие расстояния вдоль оси канала между "чистыми" ударно сжатыми потоками гелия и ксенона для слоев аргона различной формы и толщины. Поверхность, отделяющая гелий от аргона, имела двухмерную синусоидальную (2D) форму с длиной волны l=36 мм и амплитудой а₀^AB =10 мм ("от верха до верха" синусоиды). Поверхность, отделяющая аргон от ксенона была либо плоской, либо 2D с амплитудой а₀^BC =5 и 10 мм и длиной волны l=36мм. Толщина слоя аргона: 20, 37, 56 и 92 мм. Полученные результаты сопоставлялись с данными по глубине внедрения ударно сжатого гелия в ксенон при переходе ударной волны через 2D область контакта с длиной волны l=36 мм и амплитудой а₀=10мм в отсутствие промежуточного слоя. Обнаружена зависимость ширины области перемешивания от толщины и формы слоя. Найдены толщина и форма слоя аргона, позволяющие уменьшить ширину зоны перемешивания для пары гелий-ксенон в 2.5 раза, что позволяет утверждать, что возможно частичное подавление неустойчивости Рихтмайера-Мешкова.

ИЗУЧЕНИЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ РИХТМАЙЕРА-МЕШКОВА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ОТРАЖЕННОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ С ОБЛАСТЬЮ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ.

Чеботарева Е.И., Алешин А.Н., Зайцев С.Г., Сергеев С.В.

ЭНИН им. Г.М. Кржижановского, Москва, Россия

    В работе представлены результаты экспериментального исследования развития неустойчивости Рихтмайера-Мешкова (НРМ) при многократном взаимодействии ударных волн с областью перемешивания двух разноплотных газов. Измерены скорости развития неустойчивости после взаимодействия области перемешивания с преломленной и двумя отраженными от торца ударной трубы волнами. Показано, что условие аддитивности  вкладов отдельных взаимодействий не выполняется. Определены значения факторов Y, учитывающих уменьшение скорости развития НРМ, связанное с увеличением толщины области перемешивания, для слоев с диффузным и турбулентным распределением плотности.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЙ С БОЛЬШИМИ ДЕФОРМАЦИЯМИ ПО ПРОГРАММЕ IGM

Диянков О.В., Котегов С.С., Правильников В.Ю.

Российский Федеральный Ядерный Центр - ВНИИТФ, Снежинск

    В докладе представлены результаты первых расчетов по программе IGM, предназначенной для моделирования течений плазмы с большими деформациями. Реализованные в программе алгоритмы основаны на представлении области течения плазмы ячейками Воронова. Первые двумерные программы такого рода [1] давали сильно немонотонные решения. Численное решение по программе IGM, благодаря использованию разностной схемы TVD типа, является практически монотонным.
    В докладе приводятся результаты моделирования задачи развития Рэлей-Тэйлоровской неустойчивости. Данная работа поддерживалась контрактом с ЛЛНЛ # В329117.

    Литература.
   1. Глаголева Ю.П., Жогов Б.М., Кирьянов Ю.Ф., Мальшаков В.Д., Пестеренко Л.В., Софронов И.Д. Основы методик: Медуза, ЧММСС, Новосибирск, 1972, 3, 2.

ДВУМЕРНАЯ КАРТИНА ПОГЛОЩЕНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ МОЩНОГО ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА С ПОРИСТЫМ ВЕЩЕСТВОМ.

Змитренко Н.В., Никишин В.В., Тишкин В.Ф., *Гуськов С.Ю., *Розанов В.Б.

Институт математического моделирования РАН, Москва, Россия
* Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия

    Впервые представлены результаты двумерных численных расчётов, моделирующих поглощение и перенос энергии при взаимодействии мощного лазерного пучка с пористой средой . Расчёты выполнены по 2D Эйлерову коду "NUT". Пористые среды представлялись в виде структур, состоящих из тонких слоев твёрдого вещества   с различной пространственной ориентацией, разделённых промежутками малоплотного вещества.

СЖАТИЕ ПЛАЗМЕННОГО ЛАЙНЕРА ДВУМЯ ИМПУЛЬСАМИ ТОКА

Слесарева А.Н., Диянков О.В., Глазырин И.В., Калтыханов П.Г., Кошелев С.В., Тимакова М.С.

Российский Федеральный Ядерный Центр - ВНИИТФ, Снежинск

     Численно анализируется идея сжатия плазменного лайнера двумя последовательными импульсами тока. Профилирование тока (последовательность двух импульсов) получается с помощью понижения тока до нуля в определенный момент времени и включения его снова через некоторое время. Чтобы определить моменты выключения и включения тока, была проведена серия двумерных МГД расчетов. Первоначально лайнер сжимается током генератора 2МА синусоидальной формы с четвертью периода 200 нсек. В момент времени, когда кинетическая энергия достигает максимума (значение момента времени выбирается из расчета с непрофили рованным импульсом), ток выключается. Некоторое время лайнер движется по инерции, а затем начинает разлетаться. При разлете уменьшаются неоднородности плазмы, которые были вызваны развитием неустойчивостей. Когда плазменный столб становится достаточно однородным, подается второй импульс тока амплитудой 2МА и фронтом 10 нсек. Результаты показывают, что лайнер сжимается существенно сильнее, чем в случае непрофилированного тока. В случае двух импульсов тока также существенно возрастает мощность излучения. Все расчеты проведены по программе MAG [1].

    Работа частично поддержана проектом МНТЦ # 525.

    Литература.
   1. Diyankov O.V., Glazyrin I.V., Koshelev S.V., MAG-two-dimensional resistive MHD code using arbitrary moving coordinate system. To be published in Computer Physics Communications.

ВЛИЯНИЕ СПОНТАННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОЦЕСС РАЗЛЕТА ЛАЗЕРНОГО ФАКЕЛА

Глазырин И.В., Диянков О.В., Кошелев С.В., Лыков С.В.

Российский Федеральный Ядерный Центр - ВНИИТФ, Снежинск

    Анализировалось влияние спонтанного магнитного поля, возникающего вследствие неколлинеарности градиентов плотности и температуры, на динамику лазерного факела, разлетающегося в газ плотностью 10^-6 г/см³. Моделирование проводилось по двумерной программе MAG. Алюминиевая пластинка толщиной 5 мкм облучалась Nd лазером. Мощность лазерного пучка равнялась 10¹³ Вт/см². Пучок фокусировался в пятно диаметром 100 мкм. Длительность импульса лазера была 0.5 нсек на полувысоте. Профиль магнитного поля вблизи ударной волны, распространяющейся в окружающий газ, имеет интересную форму. Происходит смена знака магнитного поля на фронте ударной волны. Этот факт есть следствие того, что знак градиента плотности изменяется вблизи фронта ударной волны, в то же время знак градиента температуры не изменяется. Подобный эффект инверсии магнитного поля экспериментально был получен в работе [1].

    Данная работа частично поддерживалась проектом МНТЦ #107.

    Литература.
   1. J.P. Carter and F. Schwirzke, Magnetic Field Generation In Shock Waves, AIP Cunference Proceedings 318, 1994, pp. 117-127.

 Обращенная цилиндрическая лазерная корона

Аскапьян Г.А. Буланов С.В., Соколов И.В

Институт общей физики РАН, Москва, Россия

    Формирование горячего канала после фокусировки  плазменных потоков, слетающихся с цилиндрической поверхности на ось симметрии. Инерциальное сжатие и быстрое зажигание в цилиндрических системах.
    В работе анализируется нагрев плотной плазмы при столкновении на оси симметрии плазменных потоков, слетающихся в вакууме с цилиндрической поверхности (обращенная цилиндрическая корона). Теоретически показано, что на оси образуется плазменное волокно с температурой, существенно превышающей температуру окружающей плазмы.  Обращается внимание на возможность использования такого эффекта для нагрева плазмы до термоядерных температур в ИТС.

    Работа выполнена по гранту РФФИ №97-02-17922