Харьков, 2016. — 256 с.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата
физико-математических наук по специальности 01.04.08.– Физика
плазмы.– Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина.
При создании плазменных источников ВУФ-излучения для повышения
эффективности источника возможен локальный ввод энергии в зону
генерации излучения. Решению проблемы загрязнения оптической
системы может способствовать использование разрядов с направленным
излучением как, например, в случае капиллярных разрядов
(недостатком капиллярных разрядов является быстрое разрушение
стенок).
Целью работы является определение условий формирования
направленного вакуумного ультрафиолетового излучения в плазме
многократно ионизированных атомов олова.
Научная новизна полученных результатов. Впервые проведено
систематическое изучение условий генерации мощных (~ 1 МВт)
коротких (пиковых) (100 – 200 нс) импульсов излучения в диапазоне
длин волн 12,2 – 15,8 нм из плазмы многократно ионизированных
атомов олова сильноточного импульсного плазменного диода с
ограниченной рабочей поверхностью потенциального электрода.
Обнаружен факт влияния геометрических размеров потенциального
электрода и запаса энергии на формирование пиковых импульсов
излучения и зону их генерации, а также на интенсивность излучения.
Установлены области оптимальных значений внешних параметров разряда
для эффективного преобразования энергии внешнего поля в энергию
излучения.
Впервые показано, что генерации пикового излучения происходит в
условиях резкого увеличения выделения энергии в разряде (порядка 10
– 100 МВт) за счет скачкообразного роста активного напряжения
разряда. Установлено, что основным механизмом разогрева плазмы в
зоне генерации ВУФ-излучения является пучковый механизм благодаря
образованию мощного электронного
пучка в двойном электрическом слое объемного заряда, который концентрирует на себе весь скачок активного напряжения. Установлено, что при генерации пикового импульса за счет локального ввода энергии увеличивается эффективность преобразования внешней энергии в энергию излучения в сравнении с обычными омическим и адиабатическим нагревами всего плазменного столба. Показано принципиальное различие условий генерации пиковых импульсов в непарном и парном полупериодах колебаний разрядного
тока. Впервые проведено систематическое изучение анизотропии пиковых импульсов ВУФ-излучения плазмы в диапазоне длин волн 12,2 – 15,8 нм для различных полупериодов колебаний разрядного тока. Определено влияние величины запасенной энергии, размеров электродов и плотности разрядного тока на интенсивность и преимущественную направленность пиковых импульсов ВУФ-излучения. Впервые выявлена взаимосвязь формы зоны генерации с преимущественной направленностью пикового излучения в ВУФ-диапазоне. Экспериментальным путем показано, что интенсивное пиковое излучение продольной направленности формируется в плазменном образовании в форме вытянутого вдоль оси разряда тонкого цилиндра длиной lц и диаметром dц (lц >> dц), вытянутого вдоль оси
системы, а излучение с поперечной направленностью формируется в плазменном образовании в форме сплюснутого в продольном направлении эллипса. Впервые предложена физическая модель формирования направленного излучения из плазменного образования определенной конфигурации. Физическая модель базируется на радиационно-стимулированном эффекте, и позволяет сделать оценку диаграммы направленности излучения с учетом геометрических параметров плазменного образовании и длины свободного пробега кванта в плотной плазме. Данная модель легла в основу оригинального программного обеспечения Geomfactor, которое позволяет рассчитывать диаграмму направленности излучения плотных плазменных образований. Впервые определено влияние внешнего постоянного продольного магнитного поля на динамику ВУФ-излучения в сильноточном плазменном диоде с ограниченной рабочей поверхностью потенциального электрода. Показано, что небольшого ~ 500 Э (по сравнению с собственным магнитным полем тока разряда 20 – 100 кЭ) значения внешнего постоянного магнитного поля достаточно, чтобы задать необходимую преимущественную направленность излучения. Возможно, это объясняется тем, что внешнее магнитное поле воздействует на первичную плазму на начальном этапе развития разряда (в высоковольтном режиме), определяя условия дальнейшего формирования плотной излучающей плазмы.
пучка в двойном электрическом слое объемного заряда, который концентрирует на себе весь скачок активного напряжения. Установлено, что при генерации пикового импульса за счет локального ввода энергии увеличивается эффективность преобразования внешней энергии в энергию излучения в сравнении с обычными омическим и адиабатическим нагревами всего плазменного столба. Показано принципиальное различие условий генерации пиковых импульсов в непарном и парном полупериодах колебаний разрядного
тока. Впервые проведено систематическое изучение анизотропии пиковых импульсов ВУФ-излучения плазмы в диапазоне длин волн 12,2 – 15,8 нм для различных полупериодов колебаний разрядного тока. Определено влияние величины запасенной энергии, размеров электродов и плотности разрядного тока на интенсивность и преимущественную направленность пиковых импульсов ВУФ-излучения. Впервые выявлена взаимосвязь формы зоны генерации с преимущественной направленностью пикового излучения в ВУФ-диапазоне. Экспериментальным путем показано, что интенсивное пиковое излучение продольной направленности формируется в плазменном образовании в форме вытянутого вдоль оси разряда тонкого цилиндра длиной lц и диаметром dц (lц >> dц), вытянутого вдоль оси
системы, а излучение с поперечной направленностью формируется в плазменном образовании в форме сплюснутого в продольном направлении эллипса. Впервые предложена физическая модель формирования направленного излучения из плазменного образования определенной конфигурации. Физическая модель базируется на радиационно-стимулированном эффекте, и позволяет сделать оценку диаграммы направленности излучения с учетом геометрических параметров плазменного образовании и длины свободного пробега кванта в плотной плазме. Данная модель легла в основу оригинального программного обеспечения Geomfactor, которое позволяет рассчитывать диаграмму направленности излучения плотных плазменных образований. Впервые определено влияние внешнего постоянного продольного магнитного поля на динамику ВУФ-излучения в сильноточном плазменном диоде с ограниченной рабочей поверхностью потенциального электрода. Показано, что небольшого ~ 500 Э (по сравнению с собственным магнитным полем тока разряда 20 – 100 кЭ) значения внешнего постоянного магнитного поля достаточно, чтобы задать необходимую преимущественную направленность излучения. Возможно, это объясняется тем, что внешнее магнитное поле воздействует на первичную плазму на начальном этапе развития разряда (в высоковольтном режиме), определяя условия дальнейшего формирования плотной излучающей плазмы.