ТЕРМОЯДЕРНАЯ МИШЕНЬ ⌠ЛАЗЕРНЫЙ ПАРНИК■ С ВЫСОКИМИ КОЭФФИЦЕНТАМИ УСИЛЕНИЯ ДЛЯ ДВУХПУЧКОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ

С.Ю. Гуськов, Н.В. Змитренко^*, В.Б. Розанов, Р.В. Степанов^**

Физический институт им.П.Н.Лебедева Российской Академии Наук, Москва, РОССИЯ
^*Институт математического моделирования Российской Академии Наук, Москва, РОССИЯ
^**Московский инженерно-физический институт, Москва, РОССИЯ

    В работе предложен способ сферически-симметричного сжатия мишени при двухпучковом облучении лазерным импульсом. Симметрия сжатия достигается за счет использования мишени с малоплотным пористым поглотителем (⌠Лазерный парник■ [1]) и специального выбора распределения энергии по сечению каждого из пучков. В частности, равномерная освещенность поверхности сферической мишени достигается при распределении интенсивности в пучке по закону

Литература

1. С.Ю.Гуськов, Н.В.Змитренко, В.Б.Розанов. ЖЭТФ, 1995, 108, 548.
2. А.Э.Бугров, С.Ю.Гуськов, В.Б.Розанов и др. ЖЭТФ, 1997, 111, 903.
3. А.Э.Бугров, И.Н.Бурдонский, В.В.Гаврилов и др. ЖЭТФ, 1999, 115, 805.
4. С.Ю.Гуськов, Н.В.Змитренко, В.В.Никишин и др. Математическое моделирование 2D и 3D задач двухпучкового облучения сферических и плоских лазерных мишеней с малоплотным поглотителем. Наст. сборник, Звенигород, 2000.
5. А.Б.Искаков, И.Г.Лебо, В.Б.Розанов, В.Ф.Тишкин. Численное моделирование двухпучкового нагрева и сжатия сферических оболочечных мишеней с малоплотным покрытием. Наст. сборник, Звенигород, 2000.

О СОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ЭНЕРГОПЕРЕНОСА В МАЛОПЛОТНЫХ МИШЕНЯХ, ОБЛУЧАЕМЫХ МОЩНЫМИ ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ.

А.Э. Бугров, И.Н. Бурдонский, В.В. Гаврилов, А.Ю. Гольцов, ^*А.И. Громов, ^*С.Ю. Гуськов, Е.В. Жужукало, Н.Г. Ковальский, В.Н. Кондрашов, С.Н. Коптяев, С.Ф. Медовщиков, М.И. Пергамент, В.М. Петряков, ^*В.Б. Розанов, А.А.Сорокин, Е.М. Янковский

ТРИНИТИ, Троицк Московской обл., Россия.
^*ФИАН, Москва, Россия.

    В работе исследовались особенности процессов трансформации и переноса энергии в малоплотных объемно-структурированных средах (агар-агар (C₁₂H₁₈O₉)_n, r =0.5√10 мг/см³ и полистереновая пена,r =10 мг/см³), облучаемых мощными лазерными и рентгеновскими импульсами. Эксперименты проводились при плотности светового потока на поверхности мишени 10¹³ё10¹⁴ Вт/см² (l=1.054 мкм) и длительности греющего импульса 2.5нс. Для увеличения вклада радиационной теплопроводности в процесс переноса энергии, использовались специальные мишени с объёмным включением добавок меди (от 25 до 50 процентов по массе).
    Регистрация свечения плазмы осуществлялась при помощи комплекса оптических и рентгеновских диагностик с пространственным, временным и спектральным разрешением.
    Анализ экспериментальных данных, полученных при помощи различных диагностических методов, а также их сопоставление с результатами аналитической модели, позволили сделать следующие выводы:

• при лазерном облучении мишеней из агара перенос энергии во внутренние области мишени происходит за счёт механизма гидротепловой волны, распространяющейся из области эффективного поглощения лазерного излучения со скоростями от 6Ч10⁶ (r=10 мг/см³) до 2Ч10⁷ см/с (r=1 мг/см³);
• при облучении образцов из агара с объёмно-распределёнными добавками меди, обнаружено увеличение скорости распространения теплового фронта из-за преобладания механизма радиационной теплопроводности;
• скорость переноса энергии в малоплотном образце существенно зависит от его структурных особенностей.

    Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проекты ╧ 97-02-17278, 98-02-16660 и 98-02-16662).

FORWARD ION ACCELERATION DRIVEN BY A HIGH-INTENSITY LASER AND TABLE-TOP TRIGGERED NUCLEAR REACTIONS

A. Maksimchuk, S. Gu, K. Flippo, D. Umstadter, and V.Yu. Bychenkov^*

Center for Ultrafast Optical Science, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109-2099, USA
^*P.N. Lebedev Physics Institute, Russian Academy of Sciences, 117924 Moscow, Russia

    A collimated beam of fast protons, with energies as high as 1.6 MeV and total number of ~ 10⁹, confined in a cone angle of 40╠10 degrees is observed when a high-intensity high-contrast subpicosecond laser pulse is focused onto a thin foil target. The protons, which appear to originate from impurities on the front-side of the target, are accelerated over a region extending into the target and exit out the backside in a direction normal to the target surface. Acceleration field gradients ~10 GeV/cm are inferred. The maximum proton energy can be explained by the charge-separation electrostatic-field acceleration due to "vacuum heating." Accelerated ions with energies of several MeV penetrating the target behind a foil give rise to nuclear reactions. In particular, the triggering of nuclear reactions by a short laser pulse provides a practical tool for studies of nuclear transformations on the subnanosecond scales, which can not be achieved using other methods. We report on experimental identification of  ¹⁰B(d,n)¹¹C reaction and observed approximately 3·10⁴ positron active isotopes of ¹¹C.
    This work was supported in part by the Russian Foundation for Basic Research (Grant No 00-02-16063a).

ТРЕХМЕРНАЯ ДИНАМИКА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА В ИОНИЗУЮЩЕМСЯ ГАЗЕ

Н.Е. Андреев, А.А. Погосова, М.В. Чеготов

Научно - исследовательский центр теплофизики импульсных воздействий Объединенного Института Высоких Температур РАН, Москва, Россия

    Из уравнений Максвелла, гидродинамических уравнений и уравнений, описывающих кинетику туннельной ионизации газа в сильном электромагнитном поле, выведена самосогласованная система трехмерных уравнений для медленно изменяющейся амплитуды короткого интенсивного лазерного импульса, распространяющегося сквозь ионизуемый газ, и потенциала возбуждаемой импульсом кильватерной плазменной волны. С помощью численного решения этой системы уравнений впервые показано, что степень влияния ионизационной дефокусировки на лазерный импульс существенно зависит от конкретно реализуемой на эксперименте трехмерной геометрии фокусировки лазерного импульса, а также от внутриатомных характеристик ионизуемого газа. Найдены условия, при которых процессы ионизационной дефокусировки не препятствуют сфокусированному распространению мощного лазерного импульса в плазме оптического разряда. Показано, что влияние ионизационной дефокусировки на лазерный импульс незначительно (даже при распространении на сравнительно большие расстояния в несколько рэлеевских длин), если в ходе распространения импульса сквозь ионизуемый газ пространственное распределение его интенсивности таково, что энергия, приходящаяся на интенсивности, большие пороговой для ионизации наиболее глубокой электронной оболочки, близка к полной энергии лазерного импульса. Это условие, отвечающее постоянству степени ионизации вещества на всей трассе распространения импульса, означает, что наибольшие длины устойчивого распространения лазерного импульса с интенсивностями, близкими к релятивистским, возможно в газах из сравнительно легких элементов, потенциал ионизации которых невелик (например, Н, Не). Для конкретных параметров лазерного излучения и различных неоднородных профилей газов найдено, что при устойчивом распространении сфокусированного лазерного импульса расстояние от границы входа излучения в газ до точки наилучшего фокуса может составлять величину в несколько рэлеевских длин.

    Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект ╧ 98-02-16263.

ПОТЕРИ НА ОСТАТОЧНУЮ ЭНЕРГИЮ И ПОТЕНЦИАЛ ИОНИЗАЦИИ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА

М.В. Чеготов

Научно - исследовательский центр теплофизики импульсных воздействий Объединенного Института Высоких Температур РАН, Москва, Россия.

    Исследуется совместное влияние на распространение импульса в ионизующемся газе как потерь на остаточную энергию (ПОЭ), так и потерь на потенциал ионизации (ППИ). Показано, что по соотношению ППИ и ПОЭ в условиях туннельной ионизации вещества делятся на две группы. Если ионизуемые оболочки атомов вещества обладают сравнительно невысокими потенциалами ионизации (например, водород, внешние оболочки аргона, криптона, углерода), то вблизи входа лазерного импульса в вещество величина ППИ превосходит величину ПОЭ. С увеличением потенциала ионизации ионизуемого вещества (например, гелий, неон, внутренние оболочки тяжелых атомов) ППИ оказываются меньше ПОЭ сразу же на входе импульса в вещество. Следует, кроме того, отметить, что даже в условиях сравнительно небольших потенциалов ионизации соотношение между ППИ и ПОЭ меняется в сторону увеличения ПОЭ по мере увеличения крутизны переднего фронта импульса. В свою очередь это означает, что соотношение между ПОЭ и ППИ меняется по мере углубления импульса в вещество. Действительно, с продвижением вглубь среды временной профиль импульса деформируется, подвергаясь ⌠выеданию■ за счет ионизационных процессов [1]. Возникающее при этом укручение временного профиля импульса приводит к тому, что интенсивность, при которой происходит ионизация, возрастает. В свою очередь это означает, что с продвижением импульса вглубь вещества потери на ОЭ начинают превалировать над потерями на потенциал ионизации. При этом обратное влияние ионизационных потерь на временной профиль импульса существенно увеличивается по сравнению со случаем лишь ППИ , - темп ⌠выедания■ оказывается выше.

    Работа выполнялась при поддержке РФФИ, проект ╧ 98-02-16263.

Литература

1. М.В. Чеготов, Известия РАН, сер. Физическая, 1999, 63, N6, 1088.

РАДИАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС Z- ПИНЧА

Bихрев В.В.

Институт ядерного синтеза, РНЦ ⌠Курчатовский институт■, Москва, Россия

    Проведен анализ сжатия Z-пинча из-за потерь энергии на излучение (радиационный коллапс) Проанализированы явления, препятствующие радиационному коллапсу Z-пинча. К ним относятся джоулево тепловыделение, запирание излучения, отставание электронной температуры от ионной, МГД разрушение плазменного столба пинча, вырождение электронного газа, наличие продольного магнитного поля, генерация хаотических магнитных полей, неполное протекание тока по плазменному столбу пинча.
    Даны критерии радиационного сжатия Z-пинча и предложены способы как отличить радиационное сжатие Z-пинча от других случаев сжатия, например, из-за возрастания тока или за счет вытекания плазмы из канала пинча. Показано, что радиационное сжатие пинча можно отличить от других видов сжатия по величине излучения, максимальной величине сопротивления канала пинча, по энергии генерируемого электронного пучка, по максимальному напряжению на пинче, по минимальному радиусу пинча а также по спектру и длительности мягкого рентгеновского излучения. В случае наличия дейтерия радиационное сжатие должно отличаться также от других видов сжатия величиной и длительностью нейтронного излучения.
    Приведены характерные изменения параметров плазмы во время радиационного коллапса Z-пинча для имеющихся и проектируемых установок.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОКОВОЙ ОБОЛОЧКИ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМ ИЗМЕРЕНИЯМ В ЛАЙНЕРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ НА УСТАНОВКЕ АНГАРА-5-1.

А.В. Браницкий, Г.С. Волков, Е.В. Грабовский, Д.В. Кузнецов, Г.М. Олейник, В.П. Смирнов, И.Н. Фролов.

ГHЦ РФ ТРИНИТИ

    Одним из основных вопросов при имплозии лайнеров является вопрос о эффективной передаче мощности и энергии генератора в нагрузку. Импеданс нагрузки должен быть согласован с внутренним сопротивлением генератора. Поэтому важно измерять импеданс нагрузки и переданную в нагрузку мощность и энергию.
    Падение напряжения в электрической цепи с изменяющейся индуктивностью равно сумме индуктивной и резистивной составляющей. В большинстве случаев последней можно пренебречь. Поэтому связь между током J(t) и напряжением U(t) можно записать в следующем виде: U=d(LJ)/dt, где L(t) - меняющаяся во времени t индуктивность лайнера. Из этого уравнения по измеренным току и напряжению можно найти измеренную индуктивность. Зная зависимость индуктивности от времени, можно найти мощность, расходуемую генератором на увеличение энергии магнитного поля вокруг лайнера d{L(t)[J(t)]²/2}/dt и мощность, вкладываемую в лайнер U(t)J(t)-d{L(t)[J(t)]²/2}/dt.
    Задачей эксперимента было исследование характера изменения измеренной индуктивности при имплозии многопроволочных лайнеров на установке Ангара-5-1.
    Ток лайнера J измерялся с помощью восьми петель, размещенных на радиусе 55мм. Напряжение U между анодом и катодом измерялось на том же радиусе, в месте суммирования токов отдельных модулей, с помощью индуктивного делителя.

    Напряжение хорошо чувствует нагрузку и процесс имплозии (рис.1). Вначале напряжение пропорционально производной тока, но затем начинается их существенное расхождение. Ток уменьшается, а напряжение увеличивается. Такое поведение связано с пинчеванием и существенным увеличением импеданса нагрузки. Видно, что во время излучения МРИ индуктивность существенно нарастает (рис.2). Мощность МРИ в 3 раза превышает мощность, закачиваемую через радиус 55мм, т.е. имеет место существенное обострение мощности. Эффективность конверсии энергии при имплозии многопроволочных лайнеров составляет 45%. Для многих выстрелов энергия МРИ превышает работу над лайнером. Это может свидетельствовать о том, что происходит конверсия энергии магнитного поля, накопленного на радиусе менее 55мм, в тепло и затем в излучение.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ КАБЕЛИ В ПЛАЗМЕ Z-ПИНЧА (КАЧЕСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ)

А.Б. Кукушкин, В.А. Ранцев-Картинов

ИЯС РНЦ ⌠Курчатовский Институт■

    Сформулирована гипотеза и предложена качественная модель для объяснения происхождения жестких тубулярных структур, обнаруженных в плазме Z-пинча и являющихся основой долгоживущих филаментарных структур (см. предшествующую аннотацию). Предложено, что эти структуры являются ⌠естественными кабелями■, образованными вследствие каналированного транспорта электромагнитной (ЭМ) энергии, накачиваемой из внешней электрической цепи. Такие кабели аналогичны тем, которые могут возникать в плазме токамака (см. [1,2]). В основе модели естественного кабеля лежит возможность преобразования закачиваемого в разрядную камеру ЭМ поля в волны намного более высокой частоты. Дана качественная картина возможных механизмов такого преобразования. Указанные ЭМ волны распространяются по направлению к оси Z-пинча вдоль гипотетических (углеродных) микротвердотельных каркасов. Такие каркасы [3-5] должны выстраиваться в процессе электрического пробоя. В течение длительного промежутка времени (вплоть до длительности всего разряда) они защищены от воздействия окружающей высокотемпературной плазмы вакуумным промежутком (каналом). Каналы создаются и поддерживаются силой Миллера, производимой вышеуказанными ЭМ волнами (конкретно, волнами типа TEM). Такие волны формируются вблизи самого каркаса и приводят к появлению нелокальной (недиффузионной, аномально быстрой) компоненты переноса энергии в Z-пинче. Важно то, что формирование и распространение TEM волн возможно именно благодаря присутствию микротвердотельных каркасов типа [3-5].
    Обсуждаются возможные механизмы аномально низкой диссипативности предполагаемой кабельной системы и ее роли в полной схеме преобразования энергии в разряде. Проанализированы результаты измерений амплитуд высокочастотных (ВЧ) электрических полей с точки зрения предлагаемой гипотезы. Это позволяет предположить, что наблюдаемые ВЧ поля (включая турбулентность) обусловлены ⌠естественными кабелями■, аналогично такого рода связи, обсуждаемой для случая токамака в [1,2].

Литература

1. Kukushkin A. B. Rantsev-Kartinov V. A. Preprint of Kurchatov Institute, IAE 6157/6, Moscow, October 1999.
2. Kukushkin A.B., Rantsev-Kartinov V.A., ⌠arXiv.org e-Print Archive■, http://xxx.lanl.gov/abs/physisc/9910048.htm.
3. Kukushkin A.B., Rantsev-Kartinov V.A., Proc. 17th IAEA Fusion Energy Conf., Yokohama, Japan, October 1998, IAEA-CN-69/IFP/17.
4. Kukushkin A.B., Rantsev-Kartinov V.A., Proc. 3^rd Symposium ⌠Current Trends in Int. Fusion Research: Review and Assessment■, Washington D.C., March 1999, Ed. E. Panarella, NRC Research Press, Ottawa, Canada, 33 pp (to appear).
5. Kukushkin A.B., Rantsev-Kartinov V.A., Proc. 26-th Eur. Phys. Soc. conf. on Plasma Phys. and Contr. Fusion, Maastricht, Netherlands, 1999, p.873 (http://epsppd.epfl.ch/cross/p2087.htm).

ЕСТЕСТВЕННЫЕ КАБЕЛИ В ПЛАЗМЕ Z-ПИНЧА (ЭКСПЕРИМЕНТ)

А.Б. Кукушкин, В.А. Ранцев-Картинов

ИЯС РНЦ ⌠Курчатовский Институт■

    Представлены результаты обработки изображений плазмы прямого Z-пинча (полученных в видимом свете) методом многоуровнего динамического контрастирования (МДК), ранее разработанного и использованного для анализа фрактальности плазмы Z-пинчей [1,2]. Исследуемые изображения получены с высоким временным и пространственным разрешением в различных режимах работы установки. Они позволяют детализировать ранее опубликованные результаты о наличии в плазме Z-пинча долгоживущих филаментарных структур (и сетей из них) с временем жизни, сравнимым с длительностью всего разряда [3-5]. В настоящей работе обнаружены долгоживущие структуры, состоящие из отдельных прямолинейных трубчатых блоков длиною от нескольких миллиметров до размеров порядка радиуса плазменного шнура. Указанные блоки имеют различную пространственную ориентацию, включая радиальную (относительно плазменного шнура), часто образуя единый каркас. Анализ блоков таких структур, наблюдаемых c высоким пространственным разрешением, иногда позволяет выявить их внутреннее строение. Оказалось, что они представляют собой коаксиальные структуры с отношением внешнего диаметра (~ несколько миллиметров) к диаметру внутренней жилы (которая в свою очередь может представлять собой трубку) порядка 5ё10. Проведено сопоставление с недавно обнаруженными [6] аналогичными структурами в плазме токамака.
    Надежность полученных результатов обеспечивается богатой статистикой обнаруженных структур, значительной степенью их подобия в различных режимах работы установки, а также независимостью обнаруженной структуризации от способа получения изображений (фотографирование с применением высокоскоростных затворов, ЭОП и др.). Часто наличие указанных структур при соответствующем навыке можно обнаружить и без использования метода МДК (последний позволяет выявить в таком случае более тонкие детали наблюдаемых структур).
    В работе представлен анализ динамики развития Z-пинча по изображениям плазмы (обработанным методом МДК) в различные моменты времени.
    Представленные экспериментальные результаты проанализированы (см. последующую аннотацию) с точки зрения выдвинутой нами гипотезы [6] о ⌠естественных кабелях■ в плазме сильноточных электрических разрядов.

Литература

1. Kukushkin A.B., Rantsev-Kartinov V.A., Laser and Part. Beams, 1998, 16, 445.
2. Kukushkin A.B., Rantsev-Kartinov V.A., Rev. Sci. Instrum., 1999, 70, 1387.
3. Kukushkin A.B., Rantsev-Kartinov V.A., Ibid., 1999, 70, 1421.
4. Kukushkin A.B., Rantsev-Kartinov V.A., Proc. 3^rd Symposium ⌠Current Trends in Int. Fusion Research: Review and Assessment■, Washington D.C., March 1999, Ed. E. Panarella, NRC Research Press, Ottawa, Canada, 33 pp (to appear).
5. Kukushkin A.B., Rantsev-Kartinov V.A., Proc. 26-th Eur. Phys. Soc. conf. on Plasma Phys. and Contr. Fusion, Maastricht, Netherlands, June 1999, p.873 (http://epsppd.epfl.ch/cross/p2087.htm)
6. Kukushkin A. B. Rantsev-Kartinov V. A. ⌠arXiv.org e-Print Archive■, http://xxx.lanl.gov/abs/physisc/9910048.htm; Preprint of Kurchatov Institute, IAE 6157/6, Moscow, October 1999.

СХЕМА ИНДУКТИВНОГО УМНОЖЕНИЯ МОЩНОСТИ В ВАКУУМЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ МЕГАДЖОУЛЬНОГО РАДИАЦИОННОГО ИСТОЧНИКА

А.С. Чуватин¹, С.В. Захаров^1,2, А.Ф. Никифоров³, В.Г. Новиков³, В.А. Гасилов⁴, А.Ю. Круковский⁴

¹Политехническая Школа, 91128 Палэзо, Франция
²ТРИНИТИ, 142029 Троицк, Россия
³ИПМ им. М.В.Келдыша РАН, 125047 Москва, Россия
⁴ИММ РАН, 125047 Москва, Россия

    Многие новые приложения в области физики высоких плотностей энергии предполагают создание импульсных источников электрической мощности в сотни ТВт. Например, эта мощность может далее умножаться и конвертироваться в мягкое рентгеновское излучение с последующим его применением для задач УТС. Сжатие легких лайнеров, используемых в этих целях [1], требует импульсов тока в десятки МА с временем нарастания порядка 10^-7 нс. Для эффективного ввода электромагнитной энергии в такие нагрузки, необходимо также поддержание напряжения на пинче в несколько МВ. Недавно появившиеся новые элементы импульсной техники [2] уже делают принципиально возможным достижение очень высоких уровней тока, однако в микросекундном и низкоимпедансном режиме.
    В [3] была предложена схема обострения мощности, основанный на поэтапном ускорении плазменного поршня с целью трансформации части магнитной энергии в электрическую. Конструктивно схема представляет собой два вакуумных объема подключенных в параллель к конденсаторной батарее. С началом разряда, ток протекает только через подвижный проводник - поршень в первом объеме, где в последующем происходит индуктивное умножение мощности (ИУМ). Второй объем, где установлен лайнер нагрузки, в начале импульса электрически изолирован от остальных элементов цепи вакуумным промежутком. В течение 10^-6 с, плазма поршня ИУМ аксиально ускоряется в цилиндрической геометрии силой j╢B до высоких скоростей (> 10⁷ см/с). В момент, когда поршень достигает конца зоны ускорения, часть его массы срывается с внутреннего электрода и начинает радиально сжиматься к оси системы. Одновременно поршень закорачивает вакуумный зазор отделявший объем нагрузки во избежание предъимпульса тока на последней. В результате, радиальное ускорение меньшей массы создает индуктивное напряжение I dL/dt поддерживающее быстрый ввод энергии в нагрузку.
    Предлагается оптимизация данной схемы для параметров первичного накопителя I = 120 МА, r = 25 мОм, t = 1 мкс. Динамика плазмы в объеме ИУМ промоделирована с помощью двумерного РМГД кода. Численный расчет эквивалентной цепи, включающий модель поведения плазмы ИУМ и нуль-мерное сжатие лайнера нагрузки показывает что кинетическая энергия последнего нарастает за примерно 100 нс до 20 МДж. В будущих экспериментах предлагается инициировать плазму поршня с помощью тонких фольг или каркаса тонких проволочек, в коаксиальной цилиндрической геометрии или в наборе параллельных railgun. Обсуждаются ограничения на эффективность схемы, при этом особое внимание обращается на влияние остаточной плазмы позади поршня, формирующейся во время его ускорения из-за развития неустойчивостей и диффузии магнитного поля.

Литература

1. С.В.Захаров, В.П.Смирнов, В.А.Гасилов и др., "Соударение токонесущих циллиндрических лайнеров", Препринт 4587/6 ИАЭ им. И.В.Курчатова, Москва, 1988.
2. Б.М.Ковальчук, В.А.Визирь, А.А.Ким и др., "Быстрый первичный накопитель на основе линейного импульсного трансформатора", Известия ВУЗов40(12), 25 (1997).
3. A.S.Chuvatin, S.V.Zakharov, A.A.Ivanov, "New concept of multi-MA radiation loads in inductive energy storage systems (LL-scheme)", Bull. Am. Phys. Soc. 44(7), 103 (1999).

ГЕНЕРАЦИЯ ПОЛЕЙ ИЗЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ В СИСТЕМАХ ДВОЙНЫХ ЛАЙНЕРОВ И ⌠DYNAMIC HOHLRAUM■

С.В. Захаров^1,2, А.Ф. Никифоров³, В.Г. Новиков³, А.С. Чуватин², В.А. Гасилов⁴, А.Ю. Круковский⁴, Т.П. Новикова⁴

¹ТРИНИТИ, 142029 Троицк, Россия
²Политехническая Школа, 91128 Палезо, Франция
³ИПМ им. М.В.Келдыша РАН, 125047 Москва, Россия
⁴ИММ РАН, 125047 Москва, Россия

    В концепции Двойных лайнеров [1] и ⌠Dynamic Hohlraum■ [2] рассматривается система, которая состоит из двух соосных лайнеров - один внутри другого. В полости на оси располагается мишень. Ускоренный давлением магнитного поля внешний лайнер сталкивается с внутренним лайнером. В результате высокоскоростного удара (V = 4-5Ч10⁷см/с) в плазме внутреннего лайнера возбуждается сверхкритическая ударная волна и происходит конверсия кинетической энергии в рентгеновское излучение, которое проникает в полость внутреннего лайнера и облучает мишень. Для эффективного переизлучения тепловой энергии необходимо, чтобы скорость возбуждения ионов в плазме внутреннего лайнера была не меньше скорости ион-электронного обмена энергий при упругих столкновениях. Это условие накладывает ограничения на величину силы осциллятора основных переходов ионов, которые могут быть выполнены при скорости лайнера V = 4-5Ч10⁷см/с для материалов с достаточно большим атомным номером Z>>1. Однако вместе с этим плазма должна быть достаточно прозрачна для теплового излучения, чтобы пропустить его в полость [1]. В качестве вещества внутренней оболочки следует использовать смеси легких и средних элементов с добавкой тяжелых примесей, тогда легкие являются гидродинамическим стоппером, а тяжелые - излучателем. Внешний лайнер при ударе помимо функции драйвера кинетической энергии должен осуществлять функцию ⌠термоса■, препятствуя выходу излучения наружу, т.е. иметь максимальную поглощающую способность. В этом случае может быть осуществлен режим усиления интенсивности излучения, падающего на мишень, предсказанный в работе [1]. Чтобы осуществить режим захвата, термализации и усиления излучения необходимо найти пары веществ для внутренней и внешней оболочек. Последние исследования показывают, что это должны быть смеси элементов [3], подобранные так, что в результате происходит взаимное перекрытие крыльев спектральных линий, причем для различных величин тока составы смесей различны. Правильный подбор ионного состава может позволить осуществить термализацию излучения на связно- связных переходах за счет перекрытия крыльев линий.
    Теоретические выводы подтверждаются результатами двумерного численного моделирования с помощью МГД кода ZETA, включая табулированные уравнения состояния, кинетику ионизации и многогрупповой перенос излучения в неравновесной модели.

Литература

1. С.В.Захаров, В.П.Смирнов, В.А.Гасилов и др., "Соударение токонесущих циллиндрических лайнеров", Препринт 4587/6 ИАЭ им. И.В.Курчатова, Москва, 1988.
2. M.K. Matzen, Phys. Plasmas, 4, 1519 (1997).
3. S.V.Zakharov, "New concept of multi-MA radiation loads in inductive energy storage systems (LL-scheme)", Bull. Am. Phys. Soc. 44(7), 103 (1999).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ НЕЙТРОНОВ В БЫСТРЫХ ДЕЙТЕРИРОВАННЫХ Z-ПИНЧАХ.

Ю.Л. Бакшаев, П.И. Блинов, В.В. Вихрев, Е.М. Гордеев, С.А. Данько, В.Д. Королев, С.Ф. Медовщиков^*, Б.Р Мещеров, С.Л. Недосеев^*, Е.А. Смирнова, В.И. Туманов, А.С. Черненко, А.Ю. Шашков

Российский Центр ⌠Курчатовский Институт■, 123182 Москва, Россия.
^*Троицкий Институт Инновационных и Термоядерных Исследований 142092, Троицк, Россия.

    На установке С-300 (4 МА. 70 нс) выполнена серия экспериментов по исследованию сверхбыстрого дейтериевого Z-пинча при токе до 3 МА. Исследовались два вида нагрузок: профилированные цилиндрические нагрузки на основе агар-агара с дейтерированным наполнителем диаметром 4-5 мм с шейкой < 1 мм и дейтерированные проволочки диаметром 30 мкм. Определены параметры плазмы в перетяжках Z-пинчей с помощью различных рентгеновских диагностик. Использование лазерного зондирования позволило проследить динамику периферийной сравнительно малоплотной плазмы с концентрацией 10¹⁹ см^-3 в области шейки. Как при использовании дейтерированных проволочек, так и профилированных нагрузок были обнаружены светящиеся области, которые со скоростью 2╢10⁷ см/c расщиплялись в аксиальном направлении. Ионная температура ( Ti ╩3-13) кэВ в горячей плотной плазме, сформированной в области шейки профилированных нагрузок, значительно превышает электронную (T_е╩1-2) кэВ. Выполнены измерения полного выхода нейтронов и их энергии с помощью времяпролетной и активационной методик для обоих видов нагрузок. Установлено, что энергия нейтронов соответствует Д-Д реакции. Длительность нейтронного импульса √ десятков наносекунд. Полный нейтронный выход 10⁶-10⁷.

Работа поддержана грантом РФФИ ╧99-02-16658.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИЛЬНОТОЧНОГО ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА С ПРОЗРАЧНЫМИ ПОРИСТЫМИ МАТЕРИАЛАМИ.

Б.А. Демидов, ^*В.П. Ефремов, М.В. Ивкин, И.А. Ивонин, В.А. Петров, ^*В.Е. Фортов.

РНЦ "Курчатовский институт", Москва, Россия.
^*НИЦ ТИВ РАН, Москва, Россия.

    Пористые среды часто являются необходимым элементом сложной мишени инерциального термоядерного синтеза [1-3]. Высокая оптическая прозрачность SiО₂ аэрогелей, представляющих собой прозрачные пористые диэлектрики, позволяет оптическими методами исследовать отклик материала на импульсное высокоэнергетическое воздействие [4,5]. На основе полученной в экспериментах информации о профиле энерговыделения электронного пучка (J= 10 -15 кА, Е = 270-300 кeV, t_b= 100 ns), скорости разлета аэрогелей навстречу электронному пучку и скорости распространения возмущений в аэрогелях различной плотности (r=0.02-0.36 g/сm³) разработана модель описания высокопористых материалов. Эта модель отражает фрактальные свойства аэрогелей и позволяет определить их термодинамические характеристики при изменении пористости в десятки раз.
    При исследовании эволюции свечения аэрогеля, облученного электронным пучком, обнаружена быстрая (tt_beam), люминесцентная (t ╩ 10^-6s) и медленная составляющая свечения (t ╩ 2Ч10^-5 s ). Появление медленной составляющей свечения связано с волнами разгрузки и разрушения аэрогеля, возникающими после его изохорического объемного нагрева электронным пучком и может быть объяснено наличием наведенного при облучении электростатического поля. Обнаруженное свечение использовано для визуального определения временной эволюции положения фронта волны разгрузки и параметров уравнения состояния аэрогеля.
    Рассчитанная в соответствии с [6,7] высокая наведенная проводимость аэрогеля (s ╩ 0.1 1/(Om cm) ) при его облучении электронным пучком, позволяет надеяться на его использование в плазменных размыкателях тока в сильноточных импульсных ускорителях.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект РФФИ ╧_00-02-17516а).

Литература.

1. Гуськов Г.Ю., Змитренко Н.В.,Розанов В.Г. // Письма в ЖЭТФ,1995, 108, 548-566.
1. Burchell M., Thomson R. Bul. of the Amer.Phys.Soc, 1995, 40(6), p.1409
1. Бугров А.Э., И.Н.Бурдонский, В.В.Гаврилов и др. // ЖЭТФ, 1997,111(3), 903-918
1. M.Lebedev, K.Dyablin, K.Eidmann, et.al., Phys.Lett., A240, p.73-76 (1998).
1. Демидов Б.А., Ефремов В.П., , Ивонин И.А.и др. // ЖТФ, 1998, 68(10),112-120
1. Вайсбурд Д.И. // Высокоэнергетическая электроника твердого тела. Новосибирск, 1982, 227с.
1. Гантмахер В.Ф. // Рассеяние носителей тока в металлах и полупроводниках.

ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕРАЦИИ УДАРНЫХ ВОЛН В СВИНЦЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ МЯГКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛАЗМЫ Z- ПИНЧА

В.И. Вовченко, И.К. Красюк, П.П. Пашинин, А.Ю. Семенов, ^*Е.В. Грабовский, ^*В.П. Смирнов, ^*И.Н. Фролов, ^**И.В. Ломоносов, ^***К.С. Дябилин, ^***М.Е. Лебедев, ^***В.Е. Фортов

Институт общей физики РАН, 117942 Москва, Россия
^*Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований, 142092 Троицк, Россия
^**Институт проблем химической физики РАН, 142432 Черноголовка, Россия
^***Институт теплофизики экстремальных состояний, ОИВТ РАН, 127412 Москва, Россия

    Исследован процесс генерации ударных волн с амплитудой давлениия до 3 Мбар в свинцовых мишенях под действием мягкого рентгеновского излучения с интенсивностью до 2 ТВт/см². В качестве импульсного источника мягкого рентгеновского излучения использована плазма Z -пинча, осуществляемого на установке "АНГАРА-5-1" (ТРИНИТИ) [1]. Яркостная температура источника рентгеновского излучения 60-80 эВ, а его длительность - 20 нс. С помощью двухканального пирометра измерена "цветовая" температура исследуемого вещества в волне разгрузки, возникающей при выходе ударной волны на свободную поверхность мишени. Обнаружен предпрогрев мишени, приводящий к изменению ее теплофизических характеристик. Обсуждается влияние на предпрогрев мишени жесткой компоненты рентгеновского излучения и импульсных магнитных полей, сопровождающих процесс развития Z -пинча.
    Проведено сравнение экспериментальных данных с результатами численного моделирования на основе уравнений гидродинамики, дополненных широкодиапазонным полуэмпирическим реальным уравнением свинца. Вычислены пространственные профили термодинамических характеристик вещества за фронтом ударной волны и в волне разгрузки при выходе ударной волны на тыльную поверхность мишени. Проведено сравнение измеренных и вычисленных температур вещества в волне разгрузки. Для вычисления коэффициентов поглощения оптического излучения в веществе, охваченном волной разгрузки, использованы как аналитическая формула Крамерса-Унзольда, так и усложненная (⌠химическая■) модель с более полным учетом механизмов поглощения света в плотной плазме. Установлено, что предпрогрев мишени может существенно изменить характеристики оптических сигналов, регистрируемых с тыльной стороны мишени, и, следовательно, повлиять на точность результатов количественной оценки амплитуды давления и нагрева вещества за фронтом ударной волны [2].

    Работа выполнена при финансовой поддержке Российским Фондом Фундаментальных Исследований, проекты ╧╧ 97-02-16456, 97-02-16885.

Литература.

1. Е.В. Грабовский, О.Ю. Воробьев, К.С. Дябилин, М.Е. Лебедев, А.В. Острик, В.П. Смирнов, В.Е. Фортов. Генерация мощных ударных волн мягким рентгеновским излучением плазмы Z - пинча. Письма в ЖЭТФ, 1994, Т. 60, Вып. 1, С. 3-6.
2. D.Batani, M.Koenig, A.Benuzzi, I.K.Krasyuk, P.P.Pashinin, Yu.Semenov, I.V.Lomonosov, V.Fortov. Problems of measurement of dense plasma heating in laser shock-wave compression. Laser and Particle Beams. 1999. V.17. N.2 P.265-273.

ТЕРМОЯДЕРНЫЕ МИШЕНИ ПРЯМОГО ОБЛУЧЕНИЯ С МАЛОПЛОТНЫМ ПОГЛОТИТЕЛЕМ- КОНВЕРТОРОМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

С.Ю. Гуськов, Ю.А. Меркульев.

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

    Предложен вариант термоядерной мишени для прямого облучения лазерным импульсом, обеспечивающей практически произвольную степень конверсии лазерного излучения в мягкое рентгеновское излучение. Основным элементом мишени является внешний сферический слой из малоплотного композиционного вещества с плотностью близкой к критической плотности плазмы, представляющего собой пористую среду лёгких элементов (пористый бериллий, пористые пластики) с распределёнными в ней кластерами тяжёлых элементов (золото, медь). Такой слой одновременно выполняет функцию поглотителя лазерного излучения и конвертора лазерного излучения в рентгеновское. В зависимости от относительного содержания  тяжёлых элементов такой конвертор способен обеспечить степень конверсии падающего на мишень лазерного излучения в проходящий поток рентгеновского излучения в широком диапазоне: от  нескольких процентов до 30-35 % (при полной конверсии 90-95 %). В закрытом варианте мишени (при наличии внешней инерционной оболочки-переизлучателя) степень конверсии в падающее на мишень рентгеновское излучение может быть увеличена до 50-60%. Широкодиапазонный конвертор  даёт возможность вовлекать в процесс конверсии не всю лазерную энергию, падающую на мишень, а только ту её часть, которая необходима для образования поля рентгеновского излучения достаточного для  выравнивания неоднородности облучения мишени лазерными пучками. В открытом варианте мишени (без оболочки-переизлучателя) это позволяет обеспечить максимальную эффективность вклада энергии лазерного импульса в мишень. Таким образом, мишень с малоплотным поглотителем-конвертором позволяет обеспечить изменение условий сжатия вещества в самых широких пределах - от ⌠прямого■ сжатия до ■непрямого■.  Представлено сравнение возможностей предлагаемой мишени с мишенью прямого облучения с твёрдотельным конвертером [1] и мишенью непрямого облучения.

Литература

1. Eliezer E., Honrubia J., Velarde G., Phys. Let., A, 1992, 166, 249-252.
2. Lindl J., Preprint UCRL-JC-119015 L-19821-1, 1995.

О ВОЗМОЖНОМ ПРИМЕНЕНИИ МОЩНОГО KrF ЛАЗЕРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ ТЕЧЕНИЙ ГАЗА И РАЗВИТИЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЕЙ РИХТМАЙЕРА-М ЕШКОВА В СЛОИСТЫХ СРЕДАХ.

В.Д. Зворыкин, И.Г. Лебо

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

Обсуждается устройство миниатюрной ⌠лазерной ударной трубы■, предназначенной для исследования широкого круга гидродинамических явлений в жидкостях при давлениях более 10 кбар и сверхзвуковых потоках газа с большими числами Маха (М10). Сжатие и ускорение вещества, заполняющего камеру квадратного сечения с характерными размерами несколько сантиметров, происходит благодаря локальному поглощению вблизи ее входного окна импульсного излучения KrF лазера с энергией 100 Дж и длительностью 100 нс. Для фокусировки лазерного пучка предлагается использовать призменный растр, обеспечивающий однородное распределение интенсивности по сечения трубы. Данная установка позволит исследовать проблемы гиперзвукового обтекания тел сложной конфигурации и развития неустойчивости Рихтмайера-Мешкова при прохождении ударной волны через контактные поверхности различных сред.

Представлены результаты численных расчетов распространения ударой волны в ксеноне и волны сжатия в воде и керосине. Расчеты сделаны по программе ⌠АТЛАНТ-3Т■([1]). Импульс давления инициируется излучением KrF-лазера ⌠ГАРПУН■ (см.,например, [2]). Показано, что в газе формируется ударная волна с М10. На основании численных расчетов оценивается ускорение контактной границы двух жидкостей ( керосин, вода ). Дано описание экспериментального устройства для исследования этих явлений в газах и жидкостях.

Литература

1. I.G.Lebo, I.V.Popov, V.B.Rozanov, V.F.Tishkin. J. of Russ.Laser Research.1994, v.15, 136
2. V.D.Zvorykin, I.G.Lebo. Laser and Particle Beams. 1999,v.17,no.1,69

ЭСКИЗ МОДЕЛИ АТОМНЫХ И ЯДЕРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЕ

В.И.Арефьев, В.С.Беляев

Центральный научно-исследовательский институт машиностроения Российского авиационно-космического агентства, Королев Московской области, Россия

    Плазма, образованная воздействием на мишень короткого (t10^-12 сек) интенсивного (10¹⁶ё 10²¹ Вт/см²) лазерного импульса, представляет новые возможности исследования физических явлений в веществе, находящемся в уникальном состоянии.
    Уникальность и многообразие процессов в такой лазерной плазме вызывают не только чисто научный интерес. Такая плазма открывает уникальные возможности управляемого воздействия на ядра. Многообразие процессов в плазме позволяет выбрать оптимальный способ воздействия, резонансный, с учетом строения, свойств и структуры ядер вещества мишени. Теоретической основой этого является в т.ч. нелинейный характер протекающих в плазме процессов. Нелинейность с самого начала развития плазмы обусловлена самосогласованным рассмотрением.
    На всех масштабах исследования от скин-слоя до ядра существенную роль играет в рассматриваемой плазме спин взаимодействующих частиц. Именно эта характеристика определяет поведение коллектива частиц. В лазерной плазме коллективные процессы неустойчивости играют доминирующую роль на всех временных и масштабных (пространственных) стадиях развития плазмы. Коллективный характер процессов в плазме соответствует ⌠когерентным■ или ⌠чистым■ ансамблям в квантовой механике. Реально приходится иметь дело со ⌠смешанным■ ансамблем. Но спиновая характеристика частиц образующих плазму определяет статистические свойства плазмы и, стало быть, все ее характеристики. В связи с этим мы и ввели определение для рассматриваемого случая - спиновая плазма.
    Это понятие особенно продуктивно в случае лазерной плазмы, характеризующейся генерацией сильных магнитных полей. Изучается механизм трансформации сверхсильных магнитных полей, имеющих вихревую структуру, в потоки энергии, приводящие к атомным и ядерным превращениям.
    Вихревые электронные структуры в лазерной плазме создают благоприятные условия для распада синтеза ядер, находящихся внутри таких структур. По многим своим параметрам они подобны условиям, которые стремятся создать на крупномасштабных установках типа токамак. Так уже мегагауссные магнитные поля, окружающие атомы в таких структурах, обеспечивают давление порядка миллиона атмосфер (бар). Далее давление растет пропорционально квадрату напряженности магнитного B², сообщается о давлениях 10⁶ Мбар создаваемых в лазерной плазме. Кроме этого, процесс конденсации электронов вблизи ядра заметно подавляет кулоновское отталкивание ядер - явление подобно известному m-катализу. Такие подобные m-атомам ядра в условиях сверхвысоких давлений за счет туннельного эффекта получают высокую вероятность их слияния-синтеза. Это энергетически выгодно для легких ядер. Для тяжелых ядер возрастает вероятность всех видов их распада, включая кластерный-фрагментарный. Рассмотрены особенности и вероятность a- распада для ядер в условиях сильных в нашем понимании магнитных полей. Рассмотренный процесс синтеза в лазерной плазме приводит нас к принципиально новой концепции. Она может быть названа как фотоядерный синтез Photo-Fusion. Более точно, с учетом коллективного характера процессов и преобладания на всех стадиях туннельного (полевого) процесса, выдвигаемая нами концепция может быть названа - фото полевой ядерный синтез (Photo-Field Fusion).
    Основа фото-полевого ядерного синтеза - эффективность трансформации электромагнитных полей в лазерной плазме посредством атомных структур и атомов на масштабы, близкие к ядерным.

    Работа выполнена при поддержке Международного научно-технического центра (проект N 856).
 

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ НЕУСТОЙЧИВОСТЕЙ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ УСКОРЕННОЙ ПЛАСТИНКИ И ТЯЖЕЛОЙ СФЕРЫ.

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

Российский Федеральный Ядерный Центр-Всероссийский Институт Технической Физики (РФЯЦ-ВНИИТФ) Россия, Челябинская обл., г.Снежинск, а/я 245.

    В данной работе приводятся первые результаты численного анализа лабораторного эксперимента [1], проведенного на лазерной установке GEKKO XII по изучению взаимодействия взрывной волны с кольцевым образованием сверхновой SN1987A. Ускоренная с помощью лазера пластинка взаимодействовала с тяжелой сферой. При этом формировалась ударная волна и развивались гидродинамические неустойчивости. Численное моделирование было проведено с помощью программы MAG [2]. По результатам расчетов восстановлены изображения, аналогичные полученным в эксперименте обскурограммам.

Литература:

1. H. Nishimura, Y.G. Kang, et.al., A Model Experiment of Ejecta-Ring Collision of the Supernova 1987A with High Power Laser. XXIV ICIPG Proceedings Contrbuted Papers. Vol3, p77.
2. Oleg V Diyankov, Igor V. Glazyrin, Serge V. Koshelev. MAG - two-dimensional resistive MHD code using arbitrary moving coordinate system. Computer Physics Communications 106(1997) 76-94