автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.10, диссертация на тему:Разработка и создание рентгеноспектральных методов и средств измерений для исследований высокотемпературной плотной плазмы

р Г Б од г Ц ОЕВ «97

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ' "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" ГНЦ "ВНИИФТРИ"

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫХМЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЫСОКО ТШПЕРА ТУРНОЙ ПЛОТНОЙ ПЛАЗМЫ

Специальность:05.11.10 -Приборы для измерения ионизирующего излучения и рентгеновские приборы 05.11.15 -Метрология и метрологическое обеспечение

Диссертация з виде научного доклада на соискание ученоЯ степени доктора технических

наук

На правах рукописи УДК 621.3:533.9: 539.1

ФАЕНОВ АНАТОЛИЙ ЯКОВЛЕВИЧ

Москва -1997

Л

Работа выполнена в Г11Ц "Всероссийский ордена Трудового Красного Знамени научно-нсследовательскнй институт физико-технических и радиотехнических

. измерений"

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Лабушкин В.Г.

доктор технических наук Радаев H.H.

доктор физико-математических наук, профессор Шиканов A.C.

Ведущая организация:

Всероссийский научно-исследовательский центр стандартизации, информации и сертификации сырья, материалов и веществ (ВНИЦСМВ).

Защита coctohtch¿?.A¿ 1997 в /'/'час Q& мин на заседании диссертационного совета Д 041.02.01 при ГНЦ "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" по адресу: 141570, Московская обл., Солнечногорский р-н, п/о Менделееве, тел.535-93-01, 535-93-85. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ "ВНИИФТРИ".

Диссертация в виде научного доклада разослана " i 0" 0 ¿L 1997

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат технических наук

Иванова Ю.Д.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

1.1. Аетуялыюсть проблемы.

Развитие исследований по инерциальиому термоядерному синтезу, нагреву плазмы и сильноточных электроразрядных установках, созданию рентгеновских лазеров, изучению процессов взаимодействия сверхинтенсивных импульсов пнко- и фемтосекундной длительности с веществом н т.д. поставило в последние годы новые задачи перед техникой эксперимента в области высокотемпературной плазмы н метрологией. В част/гости, оно потребовало разработки и создания методов и средств измерения параметров вещества, находящегося под воздействием высоких температур и давлений, а также сверхсильных магнитных полей и электронных пучков. Одним из эффективных методов в проводимых исследованиях стала рентгеновская спектроскопия многозарядных ионов [1+6] .

Наиболее актуальные задачи рентгеноспектральных исследований

высокотемпературной плотной плазмы были связаны, во-первых, с повышением светосилы и спектрального разрешения используемых спектрографов, а также с созданием нового класса приборов изображающей рентгеновской (0,1+12 кэВ) спектроскопии, обладающих при высокой cBerociwejOÄHOBpeMenHOj не только высоким спектральным, но и пространственным разрешением; во-вторых, с решением такой метрологической задачи как снижение вплоть до ДXIX < КГ1 погрешности измерения длин волн спектральных линий, сопоставлением измеренных в различных плазменных источниках значений длин воли с результатами наиболее надежных теоретических расчетов, а также отбор на этой основе стандартных или рекомендованных справочных данных; в-третьих, с развитием методов измерения параметров плазмы и диагностики процессов, происходящих в плазменных объектах за времена вплоть до нескольких фемтосекунд.

Не менее важной задачей является сравнение рентгеноспектральных методов измерения параметров плазмы, разработанных в различных лабораториях, что позволило выработать кретерии единства и достоверности измерений температуры, плотности и ионизационного состава образующейся плазмы. Следует также отмстить актуальность прецизионных измерений длин волн спектров многозарядных иоиов не только с точки зрения метрологии или прикладных задач физики высокотемпературной плазмы, но и для решения ряда фундаментальных проблем релятивистской кпангомон механики и

квантовой электродинамики, а именно, проверки -томности модельных представлений и расчетов длин волн для различных спектров многозарядных ионов.

Благодаря практической важности перечисленных проблем рентгеноспекгральные измереши параметров высокотемпературной плотной плазмы получили значительное развитие в России и других странах.

1.2. Цель работы.

Целью проводившихся в течение 14 лет (1984 -1997) работ являлось создание рентгеноспектральных методов и средств измерений параметров высокотемпературной плотной плазмы.

В ходе работы решались следующие задачи:

1) Создание эффективных средств регистрации рентгеновских спектров излучения короткоживущих плазменных объектов.

2) Создание методов точных измерений длин волн спектральных линий многозарядных ионов. Сопоставление экспериментально полученных интенсивностей и контуров спектральных линий с теоретически рассчитанными. Измерение потенциалов ионизации. Выбор опорных стандартных длин волн для мягкого рентгеновского излучения и исследование погрешностей их измерений.

3) Создание фактографической базы данных по спектральным характеристикам атомов и ионов.

4) Развитие рентгеноспектральных методов и средств Измерения параметров вещества при сверхвысоких температурах и плотностях, ■

5) Создание методов и средств измерения параметров плазмы с нестационарным ионизационным состоянием, а также диагностики активной среды лазеров вакуумного ультрафиолетового н рентгеновского диапазона на основе высокотемпературной плазмы.

6) Создание элементов рентгеновской оптики и использование их для получения монохроматических коллимированных пучков большой интенсивности.

1.3. Состояние вопроса н основные направления исследований.

Становление и развитие рентгенорской спектроскопии связано с классическими исследованиями непрерывного тормозного и характеристического линейчатого излучения, возбуждаемого электронным пучком в рентгеновских трубках [7,8]. В отличие от

характеристического рентгеновского излучения, обусловленного переходами во внутренних оболочках, в настоящем исследовании в основном рассматриваются рентгеновские снскзрн многозарядных ионов, соответствующие переходам электронов во внешней оболочке атомов. К рентгеновскому диапазону согласно [9] мы относим излучение с длинами волн к < 26 А (Е > 0,5 кэВ), поскольку именно для измерении в этом диапазоне энергий могут быть использованы спектрографы с различными кристалл-анализаторами. При этом переходы внешних оптических электронов попадают в этот диапазон для многозарядных ионов с кратностью ионизации г\ > 5 и потенциалами ионизации Е| > 0,5 кэВ. Образование таких ионов обычно происходит только в высокотемпературной плазме с электронном температурой более Т,> 100 эВ,

Исследования структуры и спектров высокоионизованных атомов получили в последние 30 лет интенсивное развитие. Это связано с прогрессом и таких областях физики как физика плазмы и управляемый термоядерный синтез, рентгеновская спектроскопия и астрофизика, пучково-пленочная спектроскопия, электронно-пучковые ионные ловушки (EBIT), физика рентгеновских лазеров и взаимодействие ультракоротких лазерных импульсов с веществом. Рентгеновские спектры иногозарядных ионов содержат важную информацию о макропараметрах горячей плазмы: электронной и ионной температуре и плотности, кратности ионизации образующихся ионов и т.д. Установление связей между характеристиками элементарных процессов с участием многозарядных нонов и интенсивностью линий излучения позволяет решать важную метрологическую проблему создание надежных методов измерения параметров плазмы в широком диапазоне плотностей и температур плазмы.

Первое наблюдение спектров многозарядных ионов в рентгеновском диапазоне было сделано Флембергом [10] в 1942г. Систематические измерения н этом диапазоне начались ' только в конце 60-х годов в плазме, создаваемой лазерным излучением, в плазме вакуумной искры, а также с помощью искусственных спутников Земли во внеатмосферной астрономии. К концу 70-х годов были получены систры большого количества изоэлектронных последовательностей различных элементов, измерены длимы волн инчип спектральных линий с погрешностью Л)J). — 3-5-10\ проведены расчеты оюмлых констант и на их основе выполнена идентификация как резонансных спеюра-и.мих линий важнейших нзоэлсктронных поел слова le.'ii'iioereii, так н проаснпшх Не- и I i-подобных днэлекзрониых сакллпш^х счрукчур пблиш. таких перемпон 11 ]

Дальнейший прогресс в увеличении точности определения длин волн во многом связан с использованием спектрографов по схеме Иоганна [1+3] и проведением систематических измерений в горячей плазме низкой плотности токамаков, а также с появлением нового уникального источника многозарядных ионов - электронно-пучковых ионных ловушек (ЕВ1Т). Это позволило уменьшить погрешность измерений длин волн в рентгеновском диапазоне до ДХЛ, ~ (1-10) -10"3 [2,3,6,11,12].

В начале 90-х годов в связи с разработкой технологии высококачественного изгиба по сферическим поверхностям кристаллов достаточно больших размеров по радиусам кривизны вплоть до 100 мм появилась возможность реализации нового типа рентгеновских спектрографов - фокусирующих спектрографов с пространственным разрешением (ФСПР-спектрографы) [14]. Применение таких светосильных спектрографов, обладающих одновременно высоким спектральным и пространственным разрешением, позволило разработать новые методы прецизионных измерений длин волн спектральных линий многозарядных ионов, основанные на регистрации узких линий из рекомбинирующих областей высокотемпературной плазмы (например, лазерной плазмы или плазмы пинчевых образований [13,14]). Измерения длин волн спектральных линий и их сличение с наиболее точными измеренными значениями на установках типа токамак и ЕВ1Т продемонстрировали [15,16], что использование разработанных методик и спектрографов позволяет достигать максимально возможных на сегодняшний день точностей измерений

длин волн и гарантированную идентификацию линий излучения, а также их единство

О

измерении как для низко- так и для высокотемпературной плазмы.

Следует также отметить, что известные в настоящее время экспериментальные и теоретические численные данные о константах многозарядных ионов достигают1 десятков тысяч и они рассредоточены в сотнях различных публикаций. Практически все они опубликованы в плохо доступных для Российских пользователей иностранных журналах. В то же время многочисленные исследования в различных областях науки и техники требуют их оперативного обеспечения точной и достоверной информацией в области атомной спектроскопии. Высокое качество информационного обеспечения может быть достигнуто в настоящее время только на основе развития и использования современных информационных технологий - создания фактографических банков в области атомной спектроскопии. Автором доклаца с коллегами такая работа была начата около 15 пет назад

и привела к созданию крупнейшего в мире на сегодняшний день фактографического банка данных о спектроскопических константах многозарядных ионов.

Другой не менее важной метрологической проблемой является создание рентгеноспектральных методов и средств измерений различных параметров высокотемпературной плотной плазмы, которые наиболее активно стали развиваться с середины 60-х годов в связи с работами по мнерцналыюму термоядерному синтезу и специальным приложениям, а в дальнейшем также в связи с проблемой создания лазеров далекого ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов спектра. В ведущих научных центрах России (Физический институт им. П.Н. Лебедева, Институт общей физики РАЛ, Институт атомной энергии им. И В. Курчатова, ТРИНИТИ, Институт спектроскопии РАН, Государственный Оптический Институт, Санкт-Петербургский физико-технический институт, Институт высоких температур РАН, ЦНИИ физики МО, ВНИИ технической физики (Челябинск-70), ВНИИ экспериментальной физики (Арзамас-16), Центр Данных по атомной спектроскопии ВНИИФТРИ) были созданы различные рентгеноспсктральные методы и средства измерения параметров высокотемпературной плотной плазмы в широком диапазоне электронных температур и плотностей [1,2,4,6,17].

Дальнейший прогресс в развитии рентгеноспектральных методов и средств измерений параметров высокотемпературной плотной плазмы связан с созданием в последние годы рентгеноспектральных приборов, обладающих не только диспергирующими, но и фокусирующими свойствами. Они позволяют наряду с измерениями спектрального состава излучения, одновременно получать изображения плазменных объектов в различных спектральных линиях. Их основными преимуществами по сравнению с традиционно использовавшимися, являются высокая светосила в сочетании с высоким пространственным разрешением, при сохранении предельно возможного для данного диспергирующего элемента спектрального разрешения. Использование таких приборов позволило, наряду с более детальными измерениями нзлучательных хлрлктсристпк плазменных источников уже изучавшихся ранее, приступить к систематическим измерениям нзлучательных характеристик сравнительно новых плазменных объектов, обладающих очень малыми размерами (мнкропинчи), а также малыми размерами п шикн.м энерювыле.теннем (плазма, создаваемая субпнкосекунднымн лазерными импульсами) Разр.пюкшнач рентгеновская оптика позволила также приступить к тирании монохромашческих ■ высокоинтснсивиых рентгеновских пучков с энергиями 1-3 мП. обладающих м.1;н>н

расходимостью 10"3 - 10"4, и изучению возможностей их применения для различных приложений.

1.4. Научная новизна работы.

1. На основе освоенного производства изогнутых по сферическим поверхностям кристаллов слюды больших размеров н малых радиусов изгиба (вплоть до Я=100 мм) впервые созданы фокусирующие спектрографы с пространственным разрешением (ФСПР-1,2), обеспечивающие получение спектров одновременно с высоким спектральным и пространственным разрешением.

2. Предложен, обоснован и реализован метод прецизионных измерений длин волн рентгеновских спектральных линий, основанный на регистрации спектров многозарядных ионов на поздних стадиях разлета в рекомбинируюшей плазме. Показано, что при разлете плазма является переохлажденной относительно ионизационного состояния и излучает спектральные линии с очень малой (ЛШ ~ (1 - З^хЮ"4) шириной за счет относительно низкой температуры и плотности.

3. Высокая светосила и разрешающая способность созданных спектрографов позволила впервые зарегистрировать несколько сотен спектральных линий многозарядных ионов различных кратностей ионизации, провести их идентификацию, в также с погрешностью АХЛ.~ (3-8)-10"5 измерить их длины волн.

4. Были исследованы метрологические характеристики спектральных линий резонансных серий Н- и Не- подобных многозарядкых ионов и обосновано их использование в качестве стандартных реперов в рентгеновском (0,6 - 12 кэВ) диапазоне спектра.

5. Разработан, создан и введен в эксплуатацию в качестве Байка Данных Государственной Службы Стандартных Справочных Данных России фактографический банк данных по спектральным характеристикам многозарядных ионов.

6. Проведенные комплексные исследования особенностей формирования рентгеновских спектров высокотемпературной плотной плазмы, образующихся в различных плазменных установках с нестационарным ионизационным состоянием, позволили разработать ряд новых методов измерен) • параметров такой плазмы по интенсивностям спектральных линий многозарртных ионов.

7. Разработка и создание высококачественных Брэгг н Брэгг-Френелевских элементов рентгеновской оптики позволили впервые измерить излучательные характеристики плазмы,

• нагреваемой пико- и фемтосекунднымн лазерными импульсами, одновременно с высоким пространственным и спектральным разрешением.

8. Впервые получены монохроматические рентгеновские (1-3 кэВ) пучки большой интенсивности и малой ( (1 - 10)x!0J рад ) расходимости.

1.5. Внедрение результатов работы.

1. Созданные путем изгиба по сферическим поверхностям кристаллы слюды н кварца, я также различные типы спектрографов, в частности, спектрографы типа ФСПР были использованы в работах по измерениям рентгеноспектральных нэлучательных характеристик лазерной плазны, а также плазмы Z и Х- линчей как непосредственно в Центре данных по Атомной спектроскопии ГНЦ "ВНИИФТРИ", так и во ВНИИ Экспериментальной физики (Арзамас-16), в Троицком Институте Инновационных и Термоядерных Исследований, в Центральном научно-исследовательском институте машиноведения (г. Калининград Моск. обл.), в Физическом институте им. П.Н Лебедева РАН. Они были также использованы при проведении совместных измерений в Институте Макса Борна (Мах Born Institute, Германия); Институте Физики Плазмы н Лазерного Микросинтеза, а также в Институте Оптоэлектроннки Военно-технической Академии (Польша); Институте физики Чешской Академии Наук (Чехия); Политехнической школе (Ecole Politechnique, Франция); Центре новых энергетических технологии (ENEA, Фраскатн, Италия); Хебрю Университете (Hebrew University, Иерусалим, Израиль); Ливерморской и Лос-Аламоской Национальных лабораториях (Lt.NL и LANL, США); Национальном Институте Стандартов и Технологий (NIST, США); Военно-Морской Исследовательской Лаборатории (Naval Research Laboratory, USA), Лаборатории "Фнллипс" Военно-воздушных сил (Phillips Laboratory of Air Force, США); Корнельском Университете (Cornell University, США).

2. Выполненный анализ метрологических характеристик спектров Н- подобных ионов был использован в Таблицах Рекомендуемых Справочных Данных ГСССД Р 400-91 от 10.06.1991 "Водород, водородоподобные ноны с зарядами ядер Z < 50. Потенциалы ионизации, длины волн, силы осцилляторов и радиационные вероятности Ламмшюпскнх переходов".

3. Предложенный метод использования рекомбинирующей лазерной плазмы в качестве источника сверхузких рентгеновских спектральных линий используется в различных лабораториях мира и позволяет уменьшить погрешность измерения длин волн спектральных линий различных изоэлектронных последовательностей в лазерной плазме или плазме Х- пинча до ДХА. -(3-8)10'®.

4. В результате проведения данной работы в рентгеновском диапазоне спектра были измерены длины волн и выполнена идентификация нескольких сотен спектральных линий многозарядных ионов. Эти данные были опубликованы в ведущих мировых научных журналах и включены в банк данных по спектрам многозарадных ионов при ГНЦ "ВНИИФТРИ", а также в компиляции Центра данных по энергиям уровней атомов Национального Института Стандартов и Технологий (КВТ, США).

5. Созданный в процессе проведения настоящей работы Банк данных по атомным характеристикам многозарядных ионов внедрен и эксплуатируется в качестве Банка Данных Государственной Службы Стандартных Справочных Данных России. Банк данных передан для эксплуатации во ВНИИ экспериментальной физики (Арзамас-16) и ВНИИ технической физики (Челябинск-70). Банк данных функционирует также в Ливерморской Национальной Лаборатории и Университете Центральной Флориды (США), в группе "Рентгеновская оптика" Института Макса Планка при Иенском Университете и Институте Макса Борна (Германия). Часть данных по сечениям включалась в бюллетени, издаваемые международным Центром данных по атомной и молекулярной спектроскопии МАГАТЭ.

6. Разработанные рентгеноспектральные методы измерений параметров высокотемпературной плотной плазмы использовались в различных лабораториях (см. выше пункт 1) при исследованиях в областях инерциального термоядерного синтеза,' создания рентгеновских лазеров, исследованиях по физике высокотемпературной плазмы.

Указанные применения научных результатов автора позволяют сделать вывод о том, что настоящая работа является решением крупной научно-технической задачи, имеющей важное фундаментальное и прикладное значения.

1.6, Апробация работы.

Материалы, вошедшие в диссертрчию, докладывались как на научных семинарах России: ФИАНа, ИОФАНа, ТРИНИТИ, так и в различных лабораториях мира; в США (в Ливерморской Национальной Лаборатории (LL.NL), Лос-Аламоской Национальной

Лаборатории (LANL), Военно-Морской Исследовательской лаборатории (NRL), Национальном Институте Стандартов и Технологии (N1ST), Оак-Риджском Национальной Лаборатории (ORNL), Лаборатории "Фпллипс" Военно-Воздушных Сил (Phillips Laboratory, Kirtland Air Force Base), Брнгхам Лиг Университете, Прово, Юта (Brigham Young University), Лаборатории Лазерной Энергетики Рочесгерского Университета (LLE, Rochester University)); в Италии (в Центре Энергетических Исследований (ENEA, Frascati), Аквнльском Университете (L'Aquilla University) и в Миланском отделении Национального института ядерной физики (INFN, Milano)); в Германии (в Группе "Ренгеновская оптика" Института Макса Планка (Group of "X-ray Optic"), в Институте Макса Борна, в Бохумском (Bohum) и Дюссельдорфском (Dusseldorf) Университетах, на Берлинском синхротроне (BESSY)); в Польше (в Институте физики плазмы и лазерного микросинтеза ( 1FPÍLM)); в Китае (в Институте атомной энергии (IAE), в Институте Прикладной Физики и Вычислительной Математики (1АРСМ)); в Японии (в Институте лазерной инженерии Университета Осаки (ILE)).

Кроме того, основные результаты работы докладывались на различных всесоюзных и международных конференциях; На всесоюзных совещаниях "Спектроскопия моногозарядных ионов в плазме" Ткибули 1986, 1987, 1988; всесоюзных конференциях но физике плазмы и УТС Звенигород; на всесоюзном симпозиуме по радиационной плазмодинамнке, Джантугаи, 1989; IV Всесоюзной конференции "Теипература-90", Харьков 1990, 11-м Всесоюзном семинаре "физика быстропротекающнх плазменных процессов" Гродно, 1989; всесоюзном совещании специалистов в области научно-технической информации по проблемам создания и использования фактографических баз данных, Москва, 1989; V Всесоюзном совещании по диагностике высокотемпературной плазмы, Минск, 1990; школе "Многозарядные ноны в плазме" Ташкент, 1989, международном симпозиуме "Коротковолновые лазеры и их применение" Самарканд 1990, семинаре по атомной спектроскопии, Ростов-Великии, 1990; 11 всесоюзном семинаре по аюмнон спектроскопии и XI Всесоюзной конференции rio теории атомов и атомных спектром, Суздаль, 1991; научно-практической конференции с международным участием "Проблемы информатики", Самара, 1991, 3d and -Ith International Colloquium on X-iay Laieis. Schliersec, Germany; Williamsburg, Viiginia, IW4, 10-th International Colloquium on UV ami X-ray spectroscopy ol'astropliysical and Mwiatoiy plasmas, Ьсрклн, США, 1Ч'>2, lAIT; Advjsoiy Group Meetings on Technical Aspects ol" Atomic and Molecular Data Ркчч'чммц and Exchnnyc.

Vienna, Austria, 1991,1992,1993; 4,5-th International Conferences on X-ray microscopy and spectromicroscopy, Chernogolovka, 1993, Russia; Wurzburg, 1996, Germany; 25th European Group for Atomic Spectroscopy Conference, France, 1993; 21,22 23 and 24 European Conferences on Laser Interation with Matter, Poland, 1992; France 1993, England 1994, Spain 1966; 5-7-th Conferences of Radiative Properties of Hot Dense Matter, Santa Barbara, California, 1992, 1996; Sarasota, Florida 1994; 10th International Conference on High-power Particle Beam "Beams-94", San-Diego, USA, 1994; Международная конференция no коротковолновому излучению и его применениям Звенигород, 1994; Annual Conferences SPIE-93, SPffi-94, SPffi-95, San Diego, USA, 1993, 1994, 1995; I and II International Workshops "Generation and application of Ultrashort X-ray pulses", Spain 1994, Italy 1995; International Conference on Phenomena in Ionized Gases, НоЬокеп, USA, 1995; Школа "Создание. Брэгг-Френелевской оптики и ее применение", Гренобль, Франция, 1995; 36-th and 37-th Annual Meetings of the American Physical Society Division of Plasma Physics 1994, 1995; 10-th APS Conference on Atomic Processes in Plasmas, San Francisco, 1996; 8-th International Conference on the Physics of Highly Charged Ions, Omiya, Japan, 1996.

1.7. Публикации.

Основное содержание диссертации изложено в 2 монографиях (одна из которых переведена на английский язык и опубликована издательством CRC Press) и 82 статьях.

1.8. На защиту выносятся:

1. Результаты разработки и создания кристаллов слюды и кварца, изогнутых по сферическим поверхностям малых радиусов, и освоению на основе таких кристаллов выпуска нового класса рентгеновских спектрографов - фокусирующих спектрографов с пространственным разрешением (ФСПР-1,2) для регистрации спектров с одновременно высоким спектральным и пространственным разрешением.

2. Результаты по получению коллимированных монохроматических рентгеновских пучков большой интенсивности.

3. Результаты создания спектрографов на основе Брэгг-Френелевских линз для получения изображений высокотемпературной лазерной плазмы в различных спектральных линиях.

4. Метод прецизионных измерений длин волн рентгеновских спектральных линий, основанный на регистрации спектров многозарядных ионов на поздних стадиях разлета в рекомбиниругещей плазме.

5. Результаты измерения длин волн резонансных серий Не- подобного нона А1 XII и №-подобных ионов № XIX и ве XXII, а также их потенциалов ионизации.

6. Результаты измерений длин волн и идентификации различных спектральных линий рентгеновского диапазона спектра и, в частности, линии, обусловленных переходами с дваждывозбужденных состояний Не-, Ел-, Ве-, В-, С-, О-, И-, и Мц-подобных ионов.

7. Разработка и создание фактографической базы данных "Спектр" по спектральным характеристикам атомов и ионов.

8. Рентгеноепектральные методы измерения параметров высокотемпературной плазмы по относительным ннтенсивностям различных спектральных линий.

1.9. Личное участие автора в работа*, включаемых в диссертацию.

Выбор направления в целом, постановка задач и способов их решения, а также основные научно-технические принципы работы, обобщение результатов, формулировка выводов, представленных к защите, принадлежат автору. Автором была выработана методология экспериментов и принципиальные идеи реализации аппаратуры. Он руководил экспериментами и во многих случаях сам или совместно с сотрудниками руководимого им Центра данных по Атомной Спектроскопии проводил измерения, что и нашло отражение в публикациях. Экспериментальная разработка ряда методов и средств измерений параметров плазмы Ъ и Х- пинчен была выполнена группой к.ф.-м н. Пнкуза С Л. Физического института им. П.Н. Лебедева РАН совместно с автором. Элементы Френелевскон и (>рэгг-Френелевской рентгеновской оптики создавались в лаборатории проф. А.И Ерко в Институте проблем технологии микроэлектроники и особочнетых веществ РАН. Всем участникам работы автор выражает свою искреннюю признательность.

1.10. О соотношении докторской и кандидатской диссертаций.

Кандидатская диссертация была выполнена и защищена в 1977 юду в Фишчесмзм Институте им. П.Н. Лебедева РАН на соискание степени кандидата физико-чшематчесмес наук по теме "Методы определения параметров плотной лазерной ила 'мы но рентгеновским спектрам многозарядных ионов". В лен были заложены физические осипни реитIсип.

спектральной диагностик» плазмы.. В представленной докторской диссертации основное внимание уделено созданию средств измерений рентгеновской изображающей спектроскопии, разработке методов точных измерений длин волн спектральных линий многозарядных ионов, созданию фактографической базы данных по спектральным характеристикам атомов н ионов, созданию методов измерения параметров плазмы с нестационарным ионизационным состоянием. Публикации автора, вошедшие в настоящий доклад, полностью выходят за рамки кандидатской диссертации, и объединены с нею только объектом работы.

Литература.

1. Бойко В.А., Виноградов А.В., Пикуз С.А., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы, Итоги науки и техники, сер. Радиотехника, т.27, М., 1980; J. Sov. Las. Research, 6, 85 (1985).

2. Аглицкий Е.В., Сафронова У.И., Спектроскопия автоионизационных состояний атомных систем, М., Энергоатомиздат, 1985.

3. Бойко В.А., Пальчиков В.Г., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Рентгеновская спектроскопия многозарядных ионов, М., Энергоатомиздат, 1988.

4. Басов Н.Г., Захаренков Ю.А., Рупасов А.А., Склизков Г.В., Шиканов А.С., Диагностика плотной плазмы, М., Наука, 1989.

5. Elton R.C., X-ray lasers, Acad.Prass. N.-Y., 1990.

6. Аглицкий E.B., Вихрев B.B., Гулов А.В. и др. "Спектроскопия многозарядных ионов в горячей плазме", М., Наука, 1991.

7. Комптон А., Алисон С., Рентгеновские лучи. Теория и эксперимент. Пер. с анг. М.-Л., ОГИЗ, 1941.

8. Боровский И.Б. Физические основы рентгеноспектральных исследований. М.Изд-во МГУ, 1956.

9. Edlen В., Wavelength Measurements in Vacuum Ultraviolet, Reports Progr.Phys., 26, p.181 (1963).

10.Flemberg H, Ark. Mat. Astr. Fys. ,v. 18,p. 1 (1942).

11.Бойко В. А., Пальчиков В.Г., Скобелев И Ю., Фаенов А Я. Спектроскопические константы атомов и ионов (Спектры атомов с одним и двумя электронами) М., Изд-во стандартов, 1988, CRC Press 1994.

12.Sclected publications from the Electron Beam Ion Trap Program at Lawrence Livcrmore National Laboratory May 1992. UCLR-ID-110491.

13.Брюнеткин Б.А., Пик-уз C.A., Скобелев И.Ю., Фаеноп А.Я., Хабнбулаев Б.К., Эрматов ¡U.A., Квантовая электроника, т.19(9), 916 (1992).

14.Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Брюнсткин Б.А., Дякин U.M., Пнкуз Т.А., Пикуз С.А., Шелковенко ТА, Романова В.М., Мннгалеев А Р., ЖЭТФ, т. 108(10), 1263 (1995),

15.Ntlsen J„ Beiersdorfer P., Elliot S.R., Phillips T.W., Btyunetkin Q.A., Dyakw V.M., Pikuz T.A., Faenov A.Ya., Pikuz S.A., Loboda P.A., Lykov V.A., Politov V.Yu. Phys.Rev.A., v.50, p.2143 (1994)

lö.Faenov A., Bryunetkin В., Dyakin V., Pikuz Т., Skobelev I., Safronova U., Pikuz S., Nilsen J.,

Osterheld A., Phys.Rev.A., v.52, p.3644 (1995). 17.Материалы в Сб. докладов 5-ой Международной конференции по диагностике плазмы, 1993, Санкт-Петербург.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

2.1. Разработка и создание приборов рентгеновской изображающей спектроскопии плазмы.

Одной из основных целей настоящего исследования являлась разработка и создание относительно нового класса приборов рентгеновской оптики - приборов для получения высококачественных рентгеновских изображении плазмы с одновременным высоким спектральным разрешением [3,4]. Следует отметить, что для приборов рентгеновского диапазона традиционной является задача получения спектров плазмы с высоким спектральным разрешением. Для этих целей широко использовались различные типы спектрографов (см.рис. 1). Не менее традиционной для диагностики плазмы янлиется регистрация изображений плазмы в рентгеновском излучении. Последняя задача обычно решалась с помощью простейших камср-обскур, обеспечивавших получение рентгеновских изображений плазмы с пространственным разрешением вплоть до 10-20 мкм.

Однако для многих задач диагностик» различных плазменных установок очень важно регистрировать изображения плазмы одновременно с высоким спектральным и пространственным разрешением. Это определило основные направления исследовании - емданпе рснтгсноспсюральных приборов на основе Прлтовской и Брзп-Френслснсюи ошиш, обеспечивающих получение спскфалмю-сслскгнппмх изображений с одномерным и

Лазерная плазма | Плазма пинчей

Электронная температура 1-2000 эВ Электронная плотность см

Пространственные размеры 10*^ - 10 см

Тестирование рентгеновской аппаратуры

Измерение спектральных и пространственных параметров плазмы

Высококачественная рентгеновская оптика

X -1-100 А (Е-12-0.1 юВ)

ШХ = 10Э - 2*104 АУДХ=103 - 2*104

Ах -0.5 - 100 мкм

Дх -0.5 - 100 мкм

Дефокусирующие спектрографы

Спектрографы с плоскими кристаллами

Спектрографы по схеме Иоганна

Спектрографы по схеме Кошуа

Приборы высокого спектрального и пространственного разрешения

Спектрографы с щелью, расположенной параллельно направлению дисперсии кристалла

Фокусирующие спектрографы с пространственным разрешением на базе сферических кристаллов

Спектрографы с кристаллическими БрЭгт-Френелевскими зеркалами

Рентгеновская изображающая спектроскопия

Приборы высокого пространственного разрушения

Спектрографы с прозрачной дифракционной решеткой

Спектрографы с Брэгг-Френе-левскими многослойными

чрруянями_

двумерным пространственным разрешением. Отметим актуальность измерения временной зависимости спектра излучения плазмы. Однако, это требует использования дорогостоящих уникальных рентгеновских ЭОПов и в настоящих исследованиях такие измерения были проведены только в последнее время [5] и кратко обсуждаются ниже,

2.1.1. Брэгговские рснтгсноспектральные приборы.

В этом разделе мы рассмотрим получение изображений плазменных объектов в отдельных линиях спектра в диапазоне энергий излучения 0,6 - 12 кэВ с помощью спектрографов, в которых в качестве диспергирующих элементов используются кристаллы. Благодаря высокой дисперсии такие приборы позволяют регистрировать изображения с высоким пространственным разрешением и с хорошей спектральной селекцией (см., например, обзор [6]). Кроме того, они отличаются простотой конструкции и удобством юстировки, что весьма существенно в комплексных экспериментах.

Для получения спектрально-селективных изображений плазмы применяются различные схемы спектрографов с плоскими, цилиндрически изогнутыми (вогнутыми и выпуклыми) кристаллами, перед которыми устанавливаются щели, а также кристаллы, изогнутые, например, по сферическим поверхностям (см.рпс.1). В зависимости от задач, стоящих в эксперименте, каждый из таких спектрографов позволяет формировать спектрально- селективные изображения как с одномерным, так и с двумерным пространственным разрешением. Они характеризуются следующими наиболее важными при исследованиях плазменных объектов параметрами: спектральным и пространственным разрешением, спектральным диапазоном регистрации и светосилой,

В настоящей работе были созданы и использовались для измерения параметров высокотемпературной плотной плазмы все вышеперечисленные типы спектрографов [4,654]. Ниже мы подробно остановимся только на описании устройства и работы разработанных автором доклада совместно с к.ф-м.н. С.А. Пикузом новых типов спектрографов на основе сферических кристаллов, получивших название фокусирующие спектрографы с пространственным разрешением (ФСПР-1 и ФСПР-2) [4,7-16]. 2.1.1.1. Фокусирующие спектрографы с одномерным пространственным разрешением (ФСПР-1).

Схема фокусирующего спектрографа с одномерным пространственным ра¡решением показана на рис.2. Такие фокусирующие сисктро1рафы, в которых в качестве

диспергирующих элементов используются сферически изогнутые кристаллы, позволяют за счет фокусировки излучения в плоскости круга Роуланда (будем называть се меридиональной плоскостью) иметь преимущества известной схемы Иоганна. (В этой схеме используются кристаллы, изогнутые по цилиндрической поверхности, что обеспечивает гораздо большую светосилу по сравнению с использованием плоских или выпуклых кристаллов. Отметим также, важное для использования в диагностике плазмы преимущество схемы Иоганна - практически полную нечувствительность спектрального разрешения к размерам источника излучения). В плоскости, перпендикулярной плоскости круга Роуланда, (будем называть ее сагиттальной плоскостью) она работает как сферическое зеркало, фокусирующее излучение в этой плоскости, что позволяет значительно увеличить светосилу прибора.

При углах Брэгга, отличных от нормальных, схема обладает астигматизмом, делающим различие в фокусировке меридиональных и сагиттальных лучей. В меридиональной плоскости имеет место спектральная фокусировка в соответствии с условием дифракции Брэгга (птХ = 2£Ып0 (1), где X -длина волны излучения, (1 -рай-стояние между кристаллографическими плоскостями кристалла, 0 - угол Брэгга, т - порядок дифракции), а в сагиттальной плоскости -пространс венная фокусировка. Расстояние от центра кристалла до сагиттального фокуса определяется величиной - ИЛьтв (2). С учетом (2) наилучшая фокусировка излучения достигается при условии установки источника 3 относительно кристалла 2 на расстоянии а = Ксоб9/со52 а фотопленки 4 н^руге Роуланда на расстоянии Ь = Й.с05ф относительно крис лла (рис.2б). Здесь ф = 90 - 0 - угол падения излучения на

ФСПР-1

Рнс 2 Схемы Фокусирующих Спектрографов с

Пространственным Разрешением (ФСПР). а) Схема ФСПР-1 спектрографа; б) Ход лучен в меридиональной плоскости ФСПР-1 спектрографа в) Ход лучей в меридиональной плоскости ФСПР-2 спектрографа; 1 - круг Роулавда, 2 - сферический кристалл, 3 -источник ихтученкя, 4 - детектор излучения.

кристалл, R - радиус изгиба кристалла, равный диаметру круга Роуланда. В этом случае линейное увеличение b в плоскости пленки равно b = [b/a]= cos2<p = 2(mX/2d)3 - 1 (3) Благодаря фокусировке излучения в сагиттальной плоскости сферические спектрографы обладают очень высокой светосилой. Сравнение светосилы сферических спектрографов со спектрографами Иоганна показывает, что первые имеют светосилу в G = [1-2а sin2 0/(a+Rsin0)]"' (4) раз выше Несмотря на то, что G ограничивается аберрациями, эквивалентными аберрациям сферического зеркала, и существенно зависит от качества кристалла, на практике эта величина принимает значения от 10 до 500.

В рассматриваемой схеме условие фокусировки излучения реализуется в области действительных изображений, формируемых кристаллом как сферическим зеркалом. Так как расстояния а и b однозначно связаны через угол q> с длиной волны регистрируемого излучения, из выражения для величины а находим, что угол <р может . принимать значения от 0° до 45° . Этому диапазону углов ф соответствуют длины волн от 2d/m до V2d/m. Для одного порядка отражения кристалла возможный спектральный диапазон'регистрации сравнительно невелик Расширение спектрального диапазона регистрации спектрографов ФСПР-I было в настоящей работе достигнуто за счет использования в качестве фокусирующих элементов сферических кристаллов слюды, обладающих высокой отражающей способностью во многих порядках отражения. Измерения интегральной отражательной способности кристаллов слюды, и сопоставление их с теоретически рассчитанными значениями, выполненными для различных порядков отражения совместно с группой проф. Э. Фоерстера "Рентгеновская оптика" (Иена, Германия), показали, что интегральный коэффициент отражения даже в 12 порядке всего в несколько раз меньше чем в 1-5 порядках [13,15].

Следует также отметить, что для каждого конкретного порядка отражения от кристалла диапазон регистрации Д7JX связан напрямую с телесным углом, под которым 6 схеме ФСПР кристалл облучается источником Ясно, что для увеличения спектрального обзора необходимо использование кристаллов с максимально большими линейными размерами /, изогнутыми по минимально возможным радиусам сферической поверхности R. Так, например, для достижения спектрального обзора^ необходимого для одновременной регистрации резонансных линий Не- подобных ионов и их диэлектронных сателлитов Li-подобных ионов значение ЛЛ/Х должно быть порядка 0.02 и при углах Брэгга 0-68° соотношение //R должно составлять ~ 0.3. Это означает, что при размерах кристаллов / = 30-

60 мм, радиус их изгиба должен лежать в пределах Я = 100-200 мм. Автором настоящего доклада совместно с Т А. Пикуз удалось решить поставленную задачу по созданию кристаллов слюды и кварца больших размеров со сферической отражающей поверхностью малых радиусов кривизны (см Таб. 1).

Таб.1. Выпускаемые в настоящее время рентгеновские кристаллы.

Кристалл 2(1 Размер. Радиус Приложение

А мм и »гибл, мм

Слюда 19.94 10x3(1 100 могут быть

12x5(1 150 испольюваны в

15x30 186 1.11.111.1У,У.УИ.УШ.Х1.

15x50 250 ХП.ХШ порядках отражения

15x70 443

Кварц 1011 6.66 7x12 . 200

10x30 100

15x50 186

1010 8,5 7x12 200

Для этого была разработана технология, основанная на методе упругого изгиба при полноповерхностном прижиме кристаллов к подложкам заданного радиуса кривизны и последующей их фиксацией с помощью специальных клеев. Особое внимание было уделено контролю качества изготовляемых сферических кристаллов. Для чего исходные кристаллы слюды толщиной 30-50 мкм и кварца (100-200 мкм) тщательно отбирались с помощью оптических методов контроля. Контроль качества изогнутых кристаллов осуществлялся в 2 этапа: 1) контролировалось качество сферичности внешней поверхности кристалла оптическими методами; 2) контролировалось качество изгиба кристаллической структуры рентгеновскими методами. Для сохранения качества поверхности изогнутых кристаллов использовались только неконтактные методы контроля.

Рентгенотопографические измерения изогнутых по сферическим поверхностям кристаллов, выполненные совместно с группой проф. Э. Фоерстера, продемонстрировали, что благодаря тщательному отбору кристаллов перед изгибом, щадящей технологии изгиба, локальная разориентация сферически изогнутого кристалла по всей его поверхности сопоставима с погрешностью измерений использовавшегося рентгенотопографического метода и составляет (0,3 - 1,0)-10"4 рад [15] Рентгенотопографические измерения степени отклонения всей поверхности кристалла от сферической продемонстрировали, что это отклонение не превышает погрешности метода измерений, который составлял - Ю"4 рад. Независимые измерения качества изгиба кристаллов было выполнено в работах [15,62] с использованием рентгеновского излучения плазмы. С увеличением М = 5х было получено

изображение (см рис 3) тестового образца (сетка с периодом 100 мкм, размером проволочек 25 мкм и общим размером - 5x10 мм), которое продемонстрировало, что качество сферического кристалла слюды с линейными размерами 10 х 30 мм2 и фокусом Я = 100 мм позволяет получать монохроматические изображения с пространственным разрешением по всему объекту лучше 4 мкм, что соответствует локальной разорентацин кристалла менее чем 0,4 -Ю"1 рад

На основе разработанных сферически изогнутых кристаллов были созданы конструкции малогабаритных рентгеновских спектрографов ФСПР-1 и освоен их выпуск малыми партиями (см Рис 4).

Высокое качество разработанных сферических кристаллов, использование их в светосильных спектрографах ФСПР-1 позволило с высоким (вплоть до ХУЛХ ~ 10000) спектральным и пространственным (вплоть до 10 мкм) разрешением зарегистрировать большое количество спектров излучения даже для очень малопнтенсивных источников плазмы, таких, как плазма, нагреваемая фемтосекунд-ными лазерными импульсами с энергиями в несколько десятков или сотен миллнджоулей или рекомбинирующая лазерная плазма на расстояниях нескольких миллиметров от поверхности мишени (см рис 5)

2.1.1.2. Фокусирующие спектрографы с двумерным пространственным разрешением (ФСПР-2).

Спектрографы ФСПР-2 предназначены для получения двумерных спектрально селектированных изображении Схема спектрографа показана на рнс.2в. Из рисунка видно, что отличие спектрографа ФСПР-2 от спектрографа ФСПР-1 заключается только в положении фотопленки. В последнем случае она устанавливается вне круга Роуланда.

100 мкм

Рис.3 а). Изображение сстки с периодом 100 мкм и толщиной проволочек 20 мкм. полученной с помощью сферического кристалла слюды с Я = 100 мм В качестве подсвечивающего излучения использовалась линия Нср - А1 XII с длиной волны X — 6.6 А; б) увеличенный .участок изображения сстки и стеклянной проволочки диаметром 8 мкм; в) дснситограмма участка изображения.

2«'ар* 2* *2р l4d Ъ ,

в.зо А

Рис.5. Регистрация спектров с одномерным пространственным разрешением при использовании спектрографа ФСПР-i а) Схема эксперимента; спектры б) и дснситограммы в) Неподобного иона Mg Xi и Ne-подобного иона Си XX, полученные при нагреве мишени из Mg и Си одной вспышкой лазера с энергией Е=20 Дж и длительностью т~2 нсск. Использовался сферический кристалл слюды с R = 250 мм.

Рассмотрим основные соотношения, выполняемые в схеме спектрографа Положение источника относительно кристалла(расстояние а) и фотопленки относительно кристалла (расстояние Ь)в соответствии с законами геометрической оптики в сагиттальной плоскости связаны уравнением 1/а+ 1/Ь = 1Я, (5) где £ = ЯЛэтЭ - сагиттальное фокусное расстояние. С учетом этого выражения для линейного увеличения в сагиттальной плоскости можно найти в = Ь/а = К/(2азт0 - Я) (6). Обозначив через с и § расстояния от круга Роу-ланда до источника и до фотопленки, соответственно, линейное увеличение в меридиональной плоскости имеем в виде 4=%/с = {Л[а-51П0(2а5т©-11)]/ (115т0-а)(2а5тО-И)} (7). Анализ выражении (6) и (7) показывает, что в схеме формируется анаморфотное изображение. В некотором диапазоне расстояний от объеета до вершины кристалла коэффициент анаморфоты равен К =СГУ = 0,3-3. При этом изображения

МРХ! R I

Ш

5.

m)l m

M?X

r~ r~ Ц-^-г1

^M " . • • «* r '

Jl!

B=10T

9-20 9.23 a

могут быть получены на любой длине волны в диапазоне m < X < 2 dm/nr Если

расстояние от объекта до вершины кристалла равно удвоенному сагиттальному фокусному расстоянию (а = R/sin0), то увеличения одинаковы и равны единице' G = V = I.

Пространственное разрешение в меридиональной и сагиттальной плоскостях зависит от различных физических факторов. В сагиттальной плоскости пространственное разрешение определяется аберрациями сферической поверхности. В меридиональной плоскости на разрешение влияют немонохроматичность источника и ширина кривой отражения кристалла, которая согласно данным работы [15] для энергий рентгеновских квантов 1-10 кэВ, составляет (2 - 5)-10'4 рад. В работах [15,62] нами было измерено пространственное разрешение, которое может быть получено по обоим направлениям в случае использования спектрографа ФСПР-2 вблизи углов Брэгга 0 — 85° Оно составило 4 мкм при поле зрения 5x10 мм. В случае работы спектрографа при более косых углах 0 — 70° в работе [11] было получено пространственное разрешение в обоих направлениях менее 100 мкм при поле зрения по объекту не менее 15 мм. На Рис.6 приведены спектры излучения разлетающейся лазерной плазмы, зарегистрированные с помошью спектрографов ФСПР-1 и 2 с одно- и двумерным пространственным разрешениями в случае ее свободного разлета и при воздействии сильного внешнего магнитного по ля [16,52]. Ряд других результатов использования спектрографов ФСПР-1 и 2 для прецизионных измерений длин волн и исследований различных плазменных объектов приведены ниже в разделах 2.2,2.4.

В

Рис.6 Спектры излучения разлетающейся лазерной плазмы, зарегистрированные с помошью спекгрогрлфов ФСПР-1 и 2 с одно- (а) и двумерным (6) пространственным разрешениями в случае ее свободного разлета и при воздействии сильного внешнего магнитного поля В= 10 Т.

2.1.1.3. Формирование высоконнтеисивпых монохроматических коллимированных

Расположение источника излучения в фокальной плоскости кристаллического зеркала, дает возможность формировать монохроматические коллимированные пучки мягкого рентгеновского излучения. На рис.7а приведена схема получения коллимированных монохроматичест ких рентгеновских пучков, с использованием сферического кристалла. Из-за селективности отражения кристалла в формировании пучка участвует излучение в некотором интервале длин волн АХ = 2d (sin ©,„,„ - sinemi„)/ni, (8), где и ©шш -максимальный и минимальный углы скольжения на кристалле, определяемые взаимным расположением зеркала и источника. Т.к. угол ©„„«= 90°, а угол ®min определяется апертурой кристалла, то выражение (8) можно также записать в виде: АХ -(2d/n)[l - cos (D/4F)], (9), где D и F - диаметр и фокусное расстояние зеркала. Предельные характеристики коллимированных пучков (расходимость, пространственная однородность) определяются размером источника, сферическими аберрациями зеркала, шириной кривой ■ отражения кристалла и качеством сферического зеркала.

Эксперименты по получению коллимированных монохроматических пучков в интервале длин волн 4-10 á с использованием высококачественного кристалла слюды с R = 250 мм проводились в излучении Х- пинча на основе проволочек из Pd и Си [55]. Качество сформированных пучков контролировалось посредством установки на различных расстояниях от регистрирующей фотопленки пары металлических сеток. На рис.7б,в представлены денситограмма и тенеграмма тест-объекта (наложенных друг на друга металлических сеток с толщнной проволо ек15и40 мкм н шагом 100 мкм и 1,2 мм, соответственно), полученные в оллимированном пучке рентгеновского излучения Х- пинча (расстояние от сеток до фотопленки ~ 2 см). Из измерений поперечных размеров

пучков мягкого рентгеновского излучения.

Рис.7 (а)-схема получс ния коллимированных монохроматических рентгеновских лучкоа с использованием сферических криеталлов;(б,в)-дслснтограмма и тенеграмма тест-объекта (наложенных друг на друга металлических сеток с толщнной проволочек 15 и 40 мкм и шагом 100 мкм и 1,2 мм), полученные в коллимированном пучке рентгеновского излучения Х- пинча (расстояние от сеток до []ютоплс»к11 - 2 см)._

проволочек на теневых изображениях тест-объекта можно оценить расходимость пучка как 5-10"4 рад. Характеристики полученных в этих экспериментах, а также в экспериментах с плазмой, нагреваемой пикосекундным [56] и фемтосекундныи [82] лазерами, пучков и сравнении с излучением Та-лазера с длиной полны 45 Л, являющегося в настоящее время одним из самых коротковолновых рентгеновских лазеров, приведены в таблице 2.

Таблица 2..

Источник' Длина Монохр, Размер Энергия Дтиг. Расход. Частота

рентген. волны ¡У?. гпчка мкДж Импульса, ЮЛрад повторен

излучения А в м« НС ин (в час)

Х-пинч 9.87-9.!)4 4 КГ5 10x45 .1.2 5-10 5x5 1-2

.! 95-3.98 4 10"' 11М5 2 2-5 5x5

Пнкосек. 9.21 3 Ю"1 ]0\311 0.3 0.01- 6x6 3-6

М-лазср 0 02

Рслтг.лазср на 45 ю-1 (1,1)75 К) 0.2 100x200 1-2

основе Та ХЬУ1 0.05

120 фс лазер 9 4.3 И.Ю3 12x45 ЗОхЮ"1 0 001 10\10 36000

Из таблицы видно, что ряд параметров полученных коллимнрованмых рентгеновских пучков близки к параметрам Та- рентгеновского лазера, а по расходимости даже превосходят его. К тому же, полученные пучки являются гораздо более коротковолновыми. Таким образом, полученные монохроматические пучки малой расходимости могут бьпь использованы для различных приложений, таких как мпкроренггеногрпфнческне исследования твердого тела, биологические исследования н т.д. (см. например [57]), где они могут стать гораздо более дешевой альтернативой использования рентгеновских лазеров. 2.1.1.4. Схема регистрации рентгеновски« спектров мно1 озлрялных попов с высоким снскральным и временным разрешением на основе сферических кристаллов.

Выше были рассмотрены приборы рентгеновской изображающей спектроскопии, обеспечивающие регистрацию спектров с одновременно высоким спектральным и пространственным разрешением. Для диагностики высокотемпературной плогноп плазмы, важна также задача регистрации временной эволюции свечения плазмы с высоким спектральным и временным разрешением. На Рис.8а представлена. схема регистрации решгепоьекпх спектров с высоким спектральным п временным разрешением с использованием сферического кристалла, которая была впервые реализована в [5] для диагностики высокотемпературной лазерной платы с цпкосскунлным нрськшшм разрешением

Примененная схсма регистрации аналогична но смией идее схеме «МТ1Р-2 спектрографа. Так же как и и схеме ФПМ'-2 приемник излучении |п данном случае пхо.ммя

щель 7 етрик-камеры) устанавливался вне круга Роуланда. При этом спектральное разрешение осуществлялось в меридиональной плоскости (плоскость рисунка) по всей длине входной щели 7. При ее длине в 30 мм обеспечивался достаточно большой спектральный диапазон обзора. В перпендикулярном направлении (ширина щели) строилось изображение плазмы с увеличением, определяемым отношением расстояний от источника излучения 5 до сферического кристалла 6 и от кристалла до входной щели 7 стрик - камеры. В условиях конкретного эксперимента [5] это увеличение равнялось примерно 5", что при ширине щели стрик-камеры в 100 мкм обеспечивало пространственное разрешение в направлении, перпендикулярном изображению линии лазерного излучения в 20 мкм

Временное разрешение регистрируемых спектров зависит от скорости развертки используемой стрик-камеры и может составлять нано- и пикосекунды. В экспериментах [5] применялась стрик-камера Kentech, позволяющая достигать предельного временного разрешения 2 пс Временная развертка спектра на

входе стрик-камеры 8 регистрировалась с помощью ПЗС- матрицы 9, сигнал с которой поступал в систему обработки изображения 10 (Рис.8а). В качестве диспергирующего элемента использовался кристалл слюды большой апертуры 50x15 мм2, изогнутый по сферической поверхности с радиусом R = 186 мм. Поскольку слюда имеет большое межплоскостное расстояние 2d ~ 19,94 А и хорошо отражает в разных порядках, то с

is2p- is2 Mg XI

9.17 X, А

Рис.8, (а) Схема регистрации рентгеновских спектров с высоким спектральным н временным разрешением с использованием сферического кристалла: 1,2* пучки лазерного излучения; 3,4- фокусирующая система; 5- мишень; 6- сферический кристалл; 7- входная щель ЭОПа; 8- рентгеновский ЭОП; 9- ПЗС- матрица; 10-компьютер. (б) Характерная спектрограмма вблизи резонансной линии Не- подобного иона XI.__

помощью одного и того же кристалла имелась возможность регистрации спектра в диапазоне длин волн ~19,3íí, (резонансная линия 4d-2p Nc- подобного нона Ti XIII и ее диэлектронные сателлиты) или ~ 9,17 ti (спектр вблизи резонансной линии Не- подобного иона Mg XI). Высокая светосила предложенной схемы позволяла получать на экране стрнк-камеры качественные изображения вышеперечисленных спектров даже при суммарном расстоянии от источника до кристалла и от кристалла до входной щели стрик-камеры - 800 мм. Полученный спектр излучения магниевой плазмы с временным разрешением для случая двухимпульсиого нагрева лазерным излучением представлен на l'nc.SG.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности и большой перспективности схемы на основе сферических кристаллов для регистрации рентгеновских спектров плазмы с высоким спектральным и временным разрешением.

2.1.2. Приборы на основе Френелевскон н Брегг-Фрснслепской рснтгсноспектральнон оптики.

Рассмотрим класс приборов рентгеновской изображающей спектроскопии, в которых в качестве диспергирующих и фокусирующих элементов используются Френелевскне и Брэгг-Френелсвские структуры (см.рис. 1) 2.1.2.1.Пропускающие дифракционные решетки.

Для получения спектрально-селективных изображений в спектральном интервале от 30 до 100 й, в котором уже не работают кристаллические спектрографы, был разработан спектрограф на основе прозрачной дифракционной решетки. Прозрачная решетка представляет собой периодическую систему параллельных безопорных (свободно висящих) полосок. Несмотря на то, что она имеет более низкое по сравнению с кристаллическими спектрографами и спектрографами наклонного падения спектральное разрешение, такая решетка обладает рядом свойств, делающих се весьма ценным инструментом для и )мсрсннн пространственно-спектральных характеристик плазменных объектов и мягком рентгеновском диапазоне.

Одним из главных достоинств пропускающей решетки является иозмо.кносп, и (мерять с ее помощью абсолютные значения ишемсшзност мнткого реи п еповемчо получении [58]. Расчет пропускания решетки срапшпслмм неелт.кеп Существенно, чю калибровочная кривая в спектральной обласш 20-100., доегаычпи глалк.щ, особенно л ¡ч nciiiUbtoiuHnwi памп решетки из вольфрама, р;нр.и~оumnoíi соьмесмю с к ф-ч и () >1' Oí чртчпнч

а. з

Аналогичные расчеты для кристаллических спектрографов дают результаты, которые гораздо труднее применить для количественных оценок: резкий скачок зависимости коэффициента отражения кристаллов от длины волны за счет К,Ь скачков поглощения элементов, входящих в кристалл, вносит в их интерпретацию большую неопределенность.

В разработанных спектрографах (см. схему Рис. 9а) были использованы пропускающие решетки в виде вольфрамовой мембраны толщиной 0,36 мкм. В центре мембраны было изготовлено отверстие диаметром 25 мкм с периодической структурой, представляющей', собой свободно висящие (безопорные) полоски с периодом 1 мкм при отношении просвет-решетка 1:1. Такая конструкция решетки позволяла получать изображение плазменных объектов с пространственным разрешением, определяемым диаметром решетки (25 мкм) и спектральным разрешением Д\=2-3 Л, Спектрограф на основе пропускающей дифракционной решетки был использован для абсолютных измерений спектра мягкого рентгеновского излучения в экспериментах по исследованию мишеней с внутренним вводом лазерного излучения на установке'"Искра-5" (Арзамас-16) [59].

2.1.2,2, Многослойные Брзгг-Френелевскпе линзы для исполь вгишя рентгеновской изображающей спектроскопии.

Одной из разновидностей брэгг-френе-левских рентгенооптнческих элементов являются элементы, имеющие топологию зонной пластинки, изготовленные на основе многослойного зеркала или кристалла [9, 12, 60, 61, 79, 82]. Они обладают одновременно спектрально-селективными и фокусирующими свойствами.

Рис. 9 (а) Схема спектрографа на основе пропускающей решетки: 1-нсточник излучения, 2-дшфригма-обскура, З-подложка решетки, 4-решетка из вольфрама диаметром 25 мкм с периодической структурой 1 мкм, 5-шображенле плазмы со спектральным разрешением; (б) Схема применения БФЛ, нанесенной на искусственное многослойное зеркало из ЧУ/С, обеспечивающая фокусировку в направлении дисперсии зеркала; (в) Схема применения БФЛ, нанесенной на кристалл, обеспечивающая фокусировку в направлении перпендикулярном дисперсии кристалла:1- кристалл (многослойное зеркало), 2- Френелсвская лннза, 3-пленка, 4- источник излучения, 5- изображение

Пространственное разрешение Ьрэгг-фреислсвсытх структур определяется шириной последней зоны 5 н зависит от порядка дифракции п. Расстояние между двумя точками изображения, разрешаемыми в радиальном направлении р„ , определяется соотношением р„ = 1,225/п. Разрешение в аксиальном направлении ¿У",, связано с р„ как ДГЛ = 5,37р„2/\. Тем самым пространственное разрешение Г>ФЛ может достигать долей микрома.

Для спектральных измерении нзлучательных характеристик плазмы использовались Брэгг-френелевские линзы на основе многослойного зеркала и на основе кристалла елюры, разработанные и изготовленные в лаб. проф. А.И. Ерко совместно с нами. В одном из них линейная френелевская структура была получена стравливанием 141 слоя \\7Si многослойного зеркала с двойным межплоскостным расстоянием 64 ,*!. Апертура линзы - 1x5,6 мм7, ширина внешней зоны - 3,5 мкм, фокусное расстояние Г» = 7 см и средний брэгговскнн угол - 1,34 для длины волны 1,5 Схема использования многослойного фреиелепского зеркала для получения спектрально-селективного плазменного изображения в эксперименте приведена на рисунке 96.

Другой тип БФЛ, разработанный для диагностики плазмы, представлял из себя фре-нелевскую структуру, сформированную в медном или вольфрамовом слое, напыленном на поверхность кристалла слюды (2(1 = 19,94 ,.). Толщина слоя выбиралась гак, чтобы обеспечить сдвиг фазы отраженного излучения с рабочей длиной волны на л. Для увеличения спектрального обзора максимально увеличивалась апертура линзы, которая достигала 10 мм для лучших образцов. Максимально достижимое пространственное разрешение определяет ся шириной последней зоны БФЛ, которая и нашем случае составляла 0,3;0,5 мкм,

В отличие от рассмотренного выше случая с БФЛ па основе многослойного зеркала, здесь линза располагалась таким образом, чтобы фокусировка осуществлялась в направлении, перпендикулярном направлению дисперсии (рпс9в) Такая геометрия эксперимента позволяет получать сфокусированное изображение источника с высоким пространственным разрешением и широком спектральном шиервале (и одном направлении работает брэгговская структура кристалла для спектральной селекции шлучении, а в другим, перпендикулярном, пространственное рщрешенне обеспечивается благодаря фокусировке френелевской структурой). Условие фокусировки для всех длин ноли, попадающих п рабочий спектральный интервал (т.е. способных о|ражап,ся при определенном взаимном расположении кристалла и источника), одно и то мсе, поскольку расстояние от криот.ид.з до

плоскости изображения не зависит от X. В принципе, эту линзу можно настраивать на излучение с любой длиной волны (фокусное расстояние ^ при этом изменяется как Хо М.|), а также использовать по мере необходимости фокусы высших порядков. Вышеперечисленные Брэгг-Френелевскне линзы использовались для измерений пространственно-спектральных свойств плазмы, в частности, нагреваемой лазерным импульсом длительностью 120 фс [79]. )1ыводы к разделу 2,1.

На основе освоенного производства сферических кристаллов больших размеров и цалых радиусов изгиба созданы рентгеноспектральные приборы для получения высококачественных изображений плазмы с одновременно высоким спектральным (Х/АХ ~ ЮООО) и пространственным (Ах=10 мкм) разрешением. С помощью таких приборов с рдномерным и двумерным пространственным разрешением получены спектры излучения различных плазменных объектов в диапазоне энергий 0,6-12 кэВ. Продемонстрировано, что с помощью сферических кристаллов возможна коллимация рентгеновского излучения плазменных микронсточников в высокоинтенсивные монохроматические пучки малой расходимости. На основе сферических кристаллов слюды реализована высокосветосильная схема регистрации рентгеновских спектров многозарядных ионов с высоким (Х/АХ > 5000) спектральным и временным разрешением. Разработаны спектрографы на основе пропускающих решеток из вольфрама, а также Брэгг-Френелевских линз на многослойных зеркалах и кристаллах слюды, обеспечивающие получение спектров излучения плазмы с одновременно высоким (0,5 - 20 мкм) пространственным разрешением.

2.2. Прецизионные измерения длин волн м идентификации рентгеновски! спектральных линий многозарядных ионов.

Одним из важных метрологических вопросов является вопрос о погрешности, с которой известны положения энергетических уровней многозарядных ионов. Достаточно часто имеются различия между экспериментальными и теоретическими данными, и, как правило, не известно, каким из них с точки зрения точности опоеделення констант следует отдавать предпочтение. Исключениям» являются лишь спектры многозарядных Н-подобных ионов, для которых теоретический расчет обеспечивает заведомо более высокую точность, чем эксперимент, а также еду1' й ионов с числом открытых оболочек (>3), где экспериментальные данные пр ктически всегда точнее результатов теоретического расчета.

В остальных случаях проблема выбора весьма непроста и связана, главным образом, с невозможностью оценить точность теоретического расчета, а сравнение результатов расчетов, выполненных различными методами, может дать лишь косвенную оценку их точности. Проведение в этих случаях измерений длин волн линий позволяет, во-первых, получить количественную оценку погрешности, с которой известно положение того или иного энергетического уровня, и, во-вторых, оценить возможности различных методов расчета.

Для многих задач (как прикладных, так и фундаментальных) в действительности достаточно .знания с высокой точностью не абсолютных, а лишь относительных значении длин волн спектральных переходов. Так, например, при создании рентгеновского лазера с резонансной фотонакачкой требуются данные не об абсолютных положениях накачиваю-шего и накачиваемого спектральных переходов, а лишь о точном знании разности их длин волн. Аналогично, для расшифровки спектров и идентификации спектральных линий в большинстве случаев достаточно знания их относительного расположения. В этой связи для прецизионного измерения длин волн важной проблемой является выбор и исследование метрологических характеристик реперных (стандартных) длин волн, относительно которых и проводятся измерения длин волн новых линий (см. подробнее в [2,80]).

В работах [1-3, 67] нами совместно с д.ф.-м.н. В.Г. Пальчиковым был выполнен анализ погрешностей для различных экспериментальных и теоретических результатов по определению длин волн Н- и Не- подобных ионов. Было показано, что для рентгеновского диапазона спектра 0.6-12 кэВ спектральные линии резонансных серий этих ионов мо!ут быть использованы в качестве стандартных реперов. При этом погрешность реперных длил волн для резонансной серии Н- подобных ионов не превышает для этого диапазона значений ДЛ/Х»10"'-5х10"', а для Не- подобных ионов-значении 4АЛ«(1-5)х10''. Анализ погрешностей экспериментальных измерений длин волн в диапазоне энергий фотонов 0 6-6 кэВ был выполнен в [80] на основе данных работ [18-34, 68, 83, 8-1] и представлен в Табл 3 2.2.1. Метод прецизионных измерений длин по ли по ренггснаоскнч спектрам щлу* енпн рекокбшшруюшей плазмы.

Обычно при измерении длин волн спектральных линий миоюшрнднич попои н лазерной плазме регистрируются спектры ионов, обра пкчннхея нблпш по верх чист мишени в области с максимальной электронной пло! носзыо (N0 - 10'1 -10" см ) и н'миера-турон (Те — 300-2000 эИ) II этой области большие ширины спектральных линий не позволяют точно измерить их длины ноли При нснолькнммни для рс|нс1|мпнп сиеирч»

светосильных фокусирующих спектрографов, для которых спектральное разрешение практически не зависит от размера источника, возможна регистрация спектров не только из областей плазмы вблизи мишени, но и на достаточно (вплоть до 10-15 мм) больших расстояниях от нее [17,18].

ТаАктца 3. Погрешпосщ измерении длин коли реп псиовских спектральных линий

Источник нсисклшченкой систематической погрешности Значение относительной погрешности, ДХА.

1. Нскдсальность изготовления спектрографа, кристалла и т д Ю"5

2. Различия б геометрических факторах при измерении реперного и исследуемого спектра Ю-5

3. Влияние ширины спектральной линии в плазме 2-10"s

4. Погрешность аппроксимации при описании реальной днсисрсноннон крнпой в аналитическом виде 10!

5. Погрешность определения репернон длины волны 10-'

6. Погрешность мнкродснситометрл 105

7 Суммарная кеисключснная 0 -снстемаппсская погрешность 4-ю5 (á> 1,4 npHP=0,99,W=6)

а ско Л(*) = ю-5

9 Доверительная граница случайной погрешности результата измерений £(n = Zf/,S(x) 2,58- 10! при Р = 0,99

10 1 1 " СКО результата измерений ¿'Е = S1 + 1 3 i-i 1,5-10!

И Доверительная граница суммарной погрешности результата измерений АР=Кр[0(Р) + е(Р)] 3,9-Ю"5 npn/f,=0,71

Из рис.5б и 66 видно, что на расстояниях г > 1,0 мм от мишени линии становятся гораздо более узкими, чем у поверхности мишени и их ширины составляют &Х — 2-5 м4 для спектрального диапазона 6-10 /¡. Это связано с тем, что как было показано в [47,48,66] в разлетающейся лазерной плазме (на расстояниях г > 1 мм) реализуется нестационарное ионизацнонное состояние, характеризующееся наличием в областях плазмы с низкой электронной температурой (Тс < 50 эВ) не характерных для такой плазмы многозарядных ионов с высокими потенциалами ионизации ( 1 кэВ. Благодаря рекомбинационному заселению уров>ей многозарядных ионов, .акая плазма излучает в рентгеновском диапазоне спектра. При этом различные 1 ;ханизмы уширения контуров спектральных линий (доппле-

ровское, штарковское ушнрения), которые доминировали вблизи мишени за счет большой температуры и плотности, резко уменьшаются. Это приводит к тому, что становится возможным появление спектральных линий с ширинами, близкими к аппаратным ширинам используемых спектрографов и кристаллов. В этом случае в качестве реперных линий целесообразно использование линии резонансных серий Н- и Не- подобных ионов изученных на сегодняшний день с очень высокой точностью (см, например [1,67]) и хорошо заселяемых благодаря рекомбинационной накачке.

Высокое пространственное разрешение применявшихся спектрографов ФСПР-1 позволило для уменьшения погрешности измерений длин волн располагать мишени, которые использовались для получения реперных спектров п исследуемых спектров, на расстоянии всего 200 мкм друг от друга (см.рис.5а,б). Таким образом, поскольку при измерении длин волн спектральных линий принято, что центр линии можно измерщь с погрешностью ~ 0,1 ЛХ, то предельно достижимая для предложенного метода погрешност ь измерения длин волн может достигать (см. также [80] и таблицу 3) в этом спектральном диапазоне ±0,2-0,5 м.4. (ДХЛ ~(2-5)-10"!), что практически на порядок меньше экспериментальной погрешности достигнутой ранее при исследовании лазерной плазмы или плазмы пинчей.

2.2.2. Абсолютные измерения длин волн резонансных серий Не-подобного нонп Л1 XII " 1Че-подобных ионов № XIX, Се XXIII.

Исследование резонансных серий многозарядных ионов представляется весьма актуальной метрологической задачей по целому ряду причин. Во-первых, это является традиционной задачей экспериментальной атомной спектроскопии (идентификация спектральных линий и измерения их длин волн) и позволяет оценивать качество различных пето лов чисто теоретического расчета атомных структур. Во-вторых, это важно для разиптня спектроскопических методов диагностики высокотемпературной плазмы. И, наконец, такие измерения представляют одну из немногих возможностей измерения потенциалов ионизации многозарядных ионов.

Наиболее точные абсолютные измерения длин волн первых членов резонансных серий различных многозарядных Не- подобных ионов были выполнены недавно с помощью установок ЕВ1Т (см. обзор [4]). Оказалось, что для переходов с уровней п - 2.1 (п - главное квантовое число) согласие теории и эксперимента составляет порядка Л)„'Х-"••(О'5 А и лежит в пределах экспериментальной ошибки Однако прешпноннме

измерения длин водн переходов с уровней п 2 4 представляют собой гораздо более сложную экспериментальную задачу в силу малой интенсивности таких спектральных линий и их сильного уширения. В стационарных плазменных источниках населенности высоковозбуждениых. состояний быстро уменьшаются с ростом п, поэтому для их уверенной регистрации необходима плазма высокой плотности, в которой эти линии становятся очень широкими, что в свою очередь приводит к увеличению погрешности определения их длин волн. Естественно, что уменьшение плотности плазмы ведет к уменьшению ширин этих линий (для линий, обусловленных переходами с уровней п > 4, Штарковское уширение вблизи поверхности мишени значительно превосходит Допплеровское см. [47,48]), но одновременно резко снижает их интенсивность, что в лучшем случае также уменьшает точность измерений, а в худшем - делает невозможным саму регистрацию указанных переходов. Вследствии этого, плазменные источники, традиционно использующиеся в спектроскопии многозарядных ионов (вакуумная искра, токамаки, плотная лазерная плазма, и, в последнее время, ЕВ1Т) не позволяют проводить измерения длин волн высших компонент резонансных серий Не-подобных ионов с точностью, сопоставимой с точностью теоретических расчетов.

Ситуация меняется при использовании нестационарной рекомбинирующей плазмы, где зависимость населенностей уровней от п имеет существенно другой (обычно, немонотонный) характер. В этом случае можно получить эмиссионный спектр, в котором линии будут достаточно узкими (за счет не слишком высокой шютностн плазмы) ив то же время достаточно интенсивными (за счет эффективности рекомбинационного канала заселения высоколежащих состояний). ' Такая рекомбинирующая плазма может быть получена, например, при распаде микропинчей или в процессе разлета лазерной плазмы. Именно такие плазменные источники были использованы нами для измерения длин волн высших (п=6-12) компонент резонансной серии Не-подобного иона А1 XII [33,84].

В первом случае для создания плазмы использовался взрыв двух алюминиевых проволочек в геометрии Х-пинча, а во втором - лазерная установка на Ш-стекле (импульс 6-15 Дж при длительности 1 не, плотность потока на мишени ~ 1013 Вт/см2). В обоих случаях рентгеновское излучение плазмы регистрировалось спектрографами ФСИР-1 с кристаллами слюды, изогнутыми по сферическим поверхностям радиусов

11=100 мм и 11=186 мм. Полученные спектры содержали высшие члены резонансной серии Ьпр 'Р| - и2 1 Бо (п=6-12) Не-подобного А1 XII н линии Ьур и Ьу? Н-подобного А1 XIII. Отметим, что линии соответствующие переходам с п = 11,12, наблюдались в настоящей работе впервые. Использование высокосвегосильных спектрографов позволило наблюдать спектры, излучаемые сравнительно разреженными плазменными областями, где ширины спектральных линий достаточно малы (около 3 мЛ), и сделало возможными измерения длин волн с относительной погрешностью ДШ. ~ (5-8)10"', что в 3-5 раз меньше, чем было получено ранее. Измеренные значения длин волн, вместе с погрешностью измерений, приведены в Табл.4. Из этой таблицы видно, что разница значений длин волн, полученных в различных экспериментах, меньше, чем наша оценка погрешности измерений. Это может означать, что в действительности погрешность измерении несколько меньше (на 30-50%), чем указанная в Табл.4. Следует отметить, что в рабо-

Таблица 4. Длины воли спектральных линий многозарддных ионов алюминия

Ион переход и» А

а 6 в г д с ж

А! XIII 4рР,,„- Ь — 5.73927 — — 5.73927* — —

А1 XII Ы2р - Ь2 'йп 5.98272 — — 5.98271 5.98278(50) 5.9X271(55)

МХИ 1Б11р 'р, - и2 % 5.49019 — — 5.99018 — 5 98981(50) 5.99023(55)

А! XII ыор 'р,- ь2^, 6.00003 — 6.00004 6,00003 6.(10035(40) 6.00035* 6 0(1035*

А1ХИ 1к9р 'Р, - 6 01340 6 01340 6 01340 6 01340 6.01314(40) 6.01323(40) 6 01340(40)

А1XII 1б8Р 'Р, - ь2^ 6.03217 6 03219 6 03219 603218 6 03255(40) 6 (13255* 6 03255*

А1ХШ 15 2я|г> — 6.(15291 — — 6.05291» — 6,052X2(40)

А1Х11 1в7р 'р, - 1б2 'бо 6.05976 6.05976 6.05979 6.05978 6.06007(30) 6 06007* 6 06007*

А1Х11 Нбр'Р, -^'Бо 6 10276 6.10276 6.10282 6.10279 ---- 6.10281(40) 6 10279(40)

* - использовались в качестве реперных длин волн.

а,б,в,г -см.^ЗЗ^д- эксперимент с лазерной плазмой (спектрограф Я = 100 мм), с - эксперимент с лазерной плазмой (спектрограф Я = 186 мм)( ж - эксперимент с Х-пинчем (спектрограф Я - 100 мм) 6.00035(40) = 6.00035 ± 0.00040 А.

те [2,80] нами указывалось, что для рентгеновского диапазона спектра точность современных квантово-электродинамцческих расчетов для первых элементов резонансных серий Ни Не- подобных ионов столь высока (см. более подробно [1]), что они могут использоваться в качестве стандартных длин волн. Из результатов [33, 84] это утверждение может быть расширено и на более высокие члены резонансной серии, что позволяет улучшить ситуацию с наличием стандартных длин волн при систематических измерениях длин волн различных изоэлектронных последовательностей спектров многозарядных ионов.

Результаты приведенные в табл.4 были использованы для определения потенциала ионизации Не- подобного иона А1 XII, который составил 2085,9810,10 эВ, что хорошо

согласуется с теоретическими значениями. Следует отметить, что поскольку достигнутая экспериментальная погрешность примерно в 3 раза меньше чем величина квантово-элекгродинамическнх поправок и примерно в 10 раз меньше чем величина поправок, связанных с межэлектронным взаимодействием, то настоящие измерения являлись исследованием влияния роли этих поправок на величину потенциала ионизации Неподобного иона А1 XII.

Подобная же методика получения спектров и прецизионного измерения длин волн спектральных линий п! - 21', а также измерение энергии ионизации основного состояния была использована нами для №-подобных ионов № XIX и Бе XXIII [68]. Длины волн указанных переходов были измерены с погрешностью ±(0.5-2,5) м4. при использовании в качестве реперов спектральных линийН- и Не- подобных ионов Иа, А1 и С1. С погрешностью ДЕ/Е -(1.5 + 3)- Ю"4 были также измерены потенциал ионизации Ке-подобных ионов № XIX и ве ХХШ. Кроме того анализ относительных интенсивностей наблюдавшихся спектральных линий позволил экспериментально подтвердить наличие сильного взаимодействия конфигураций 2б2 2р5 5<1 и 2рб 4р.

2.2.3. Измерения разности длин волн близколсжащмх спектральных линий различных ионов.

Выше мы отмечали, что в некоторых задачах представляют интерес не абсолютные, а лишь относительные измерения длин волн рентгеновских спектральных линий. Одним из характерных примеров такого класса задач является создание рентгеновского лазера с резонансной фотонакачкой. Как показывают проведенные расчеты, эти лазеры могут быть более эффективными, чем уже реализованные лазеры на основе рекомбинационных или столкновительных схем, если разница длин волн сильной линии накачки одного иона и линии поглощения другого иона, связанной с верхним уровнем лазерного перехода, достаточно мала, т.е., по крайней мере меньше ширин этих линий. Однако, в большинстве случаев один (или оба) из участвующих в схеме лазера ионов является многоэлектронным (например, Ке-подобным), и современные теоретические методы не обеспечивают необходимой точности расчета длин волн его спектральных линий. Поэтому, только эксперимент может окончательно решить вопрос о перспективности той или иной схемы рентгеновского лазера с резонансной фоноиакачкон.

Мы использовали спектрографы ФСПР-1 для оценки перспективности двух схем лазеров с фотонакачкой [24, 27, 29], использующих в качестве линий накачки резонансный

дублет Н- подобного иона пли интеркомбинационную линию Не-подобного нона магния, а в качестве линий поглощения переходы 2р-4Л и 2з-3р Ые- подобных ионов Се ХХШ и Си XX, соответственно. В обоих случаях эксперименты проводились как показано на рисунке 5. Применялась ступенчатая мишень, состоящая из двух плоских мишеней с разними материалами и ве или Си и М§), поверхности которых были сдвинуты по высоте относительно друг друга на 0,2-:0,3 мм. Спектры регистрировались за две лазерные вспышки - сначала производилось облучение одной из частей мишени, после чего мишень сдвигалась в горизонтальном направлении, и второй вспышкой создавалась плазма другого материала. Поскольку спектрограф ФСПР-1 обеспечивал одномерное пространственное разрешение в вертикальном направлении, то применение такой ступенчатой мишени позволяло, во-первых, пространственно разнести регистрируемые на пленке эмиссионные спектры различных элементов, и, во-вторых, использовать для измерений относительного расположения интересующих нас спектральных линии те области плазмы, где они являются наиболее узкими. Эго обеспечило точность измерения дефекта резонанса рассматриваемых пар линий не хуже 10.0008 ¡!. (полученные результаты приведены в столбце "лазерная плазма" Табл.5).

Таблица 5. Разница длнн волн резонансных пар:

(а) - 2р 2р,<г -^^¡п Мв XII и 2Б2р6Зр 5Р, - 2б3 2р6 ' йс ХХШ

(б) - Ь2р 3Р, - 1б2 'Эо XI и 25:2р'м 30,-2$2 2р' Х Си XX

Резонансная пара лазерггдя штма ДХ«» ■ Л Е131Т |24,291 Р1Л- (241

(а) 0,001710,00008 0,001610,00009 0,0027±0,001 0,001610,0008 0,003110,002

(б) 0,0025*0.00008 0,001910,0007

Отметим, что хотя в данных случаях нас интересовали лишь относительные измерения, в действительности длина волны линии 252р6 Зр 3Р1 - 2$2 2р6 'Б» иона ве ХХШ и линия Бо иона Си XX были измерены абсолютно, поскольку для данной точности измерений линии Ly.ii Мц XII и интеркомбинационная линия Не- подобного иона Мв XI могут считаться абсолютными реперами. Из Таб.5 видно, что для плотной лазерной плазмы возможно достижение такой же малой погрешности (-0,8 мА) в измерениях длин "олн рентгеновских спектральных линий, как и для ннзкоплотной плазмы в установках типа токамак или ионных ловушках, возбуждаемых электронными пучками.

2.2.4. Измерения длин поли и идентификация сатсллптпых структур » К- п I/-спектрах многозарядных ионов.

Характерной особенностью эмиссионных спектров многозарядных ионов является наличие спектральных линий, обусловленных радиационным распадом их дваждывозбуж-денных состояний. Эти линии, называемые обычно днэлекгронными сателлитами (хотя и не все из них возбуждаются в процессе диэлектронного захвата), наблюдаются преимущественно в виде длинноволновых сателлитов соответствующих резонансных линий. К настоящему времени наиболее детально исследованы сателлитные структуры в спектрах ионов, основной оболочкой которых является К-оболочка (т е Н- и Не- подобные ионы), причем основная масса имеющейся информации относится к сателлитам резонансных линий этих ионов, обусловленных переходами в ионе на единицу меньшей зарядности. Хотя интерес к изучению 1<сих структур всегда был велик (по крайней мере в силу того, что эти линии дают весьма удобные способы определения температуры и плотности плазмы), в ближайшее время он, по-видимому, еще больше увеличится. Это связано с целым рядом причин.

Во-первых, получение в лабораторной плазме все более многозарядных ионов, в эмиссионных спектрах которых сателлитные структуры начинают доминировать над резонансными линиями; во-вторых, при создании высокотемпературной плазмы лазерными импульсами пико- и фемтосекундной длительности, особенности ее ионизационного состояния приводят к появлению в спектре излучения большого числа ранее не наблюдавшихся сателлитных структур, обусловленных переходами в ионах различных нзоэлектронных последовательностей; в третьих, проблема создания все более коротковолновых лазеров на переходах многоэлектронных ионов (№-, Гч'ьподобные) ставит задачу исследования ранее практически не изучавшихся сателлитных структур в Ь- и М-спектрах; в четвертых, использование методов диагностики сверхплотной плазмы по форме контуров резонансных линий требует исследования вклада сателлитов в наблюдаемый контур линии.

Изучение сателлитных структур, вообще говоря, представляет собой более сложную задачу, чем исследование, например, резонансных переходов, поскольку в данном случае речь идет о десятках спектральных линий, сосредоточенных в узком спектральном диапазоне. Поэтому используемая рентгеноспектральная аппаратура должна, с одной стороны, обеспечивать очень высокое спектральное разрешение, а с другой, быть достаточно светосильной, для того, чтобы регистрировать сателлитные структуры, излучаемые даже не слишком плотными областями плазмы. В настоящее время этим требованиям лучше всего удовлетворяют спектрографы ФСГ1Р-1, которые мы использовали для регистрации и идентификации некоторых новых классов сателлитных структур в К- и Ь-спектрах многозарядных ионов.

31 xiv ,

2.2.4.1. Сателлнтные структуры в К-спсктрах многозарядных ионов.

Спектр излучения ионов кремния в окрестности резонансной липни 1-у„ II-подобното XIV исследовался нами в лазерной плазме, нагреваемой фемгосекундным импульсом эксимерного ХеС1- лазера [30]. Пример полученного на спектрографе ФСПР-1 спектра приведен на рис.Ю(а). Оказалось, что наблюдаемый спектр содержит гораздо большее число достаточно интенсивных линий, чем аналогичные спектры, полученные ранее. Некоторые из наблюдаемых линий являются хорошо известными диэлектронными сателлитами, обусловленными 2р21-1з21 переходами в Не-подобном XIII. Остальные линии 1-13 на рис. 10а, расположенные в непосредственной близости от резонансной, как оказалось, обусловлены радиационным распадом уровней 2)31' этого иона.

Идентификация эпгх линий была проведена путем сопоставления экспериментальных и теоретических значений длин волн переходов и их ннтенсивностей. Длины волн были

измерены с относительной погрешностью ±0,0008 однако, поскольку в качестве реперов использовались идентифицированные ранее сателлиты 2р2 1 Рг - Ь2р 'Р1 и 2з2р 'Р[ -152з 'во , то суммарная погрешность была несколько хуже и составляла ±0,0015 Сопоставление экспериментальных и теоретических значений длин волн показало, что все наблюдаемые линии 1+13 соответствуют каким-либо переходам типа 2р31-Ь31. Однако, сопоставление экспериментальных ннтенсивностей линии со значениями факторов определяющих их величину в коро-нальном пределе, дало слишком большие различия. Объясняется это тем, что для сверхплотной плазмы (а именно такой случай реализуется при нагреве мишеней сверхкороткими лазерными импульсами) коро-нальная модель становится неприменимой, поскольку столкновительное перемешивание

ел! а.го в.гг. А

Рис.10, а) Денситограмма участка спектра в диапазоне длин волн 6.16 - 6.23 А, зарегистрированного при нагреве плазмы излучением субпикосекундного ХеС1 лазера, б) результат теоретического моделирования этого участка спектра, выполненного в рамках радиациокно - столкновигельион модели при N. = 6-Ю32 см'3 и Тв = 460 эВ, в) тог же участок спектра, промоделированный в рамках короналыюй модели при Т. = 460 эВ.__

дваждывозбуждетшых состояний нона 81 XIII при £ 1022 см"3 более эффективно, чем их бесстолкновительный распад. Расчет кинетики сателлитов по полной радиационно-столкно-вителыюй модели (см.рис. 105) позволил привести в полное согласие экспериментальные и теоретические данные и уверенно идентифицировать рассматриваемую сателлитную структуру. Полученные нами дня переходов 2рЗ 1-1 бЗI результаты приведены в Табл.6.

Таблица б. Измеренные длины волн и идентификация сатсллитной структуры резонансной линии Н-подоОшто иона XIV, обусловленной переходами типа 2131' - ls.ll'.

Номер линии Переход

1 1644 6.1644 •?р1р'5„-1чЗр 'р.

2 6.1677 6 1676 2рЗа 'р, - '02

3 6 1928 6 1928 2рЗр 'О, - НЗр 'Р,

6.1928 2рЗч 3Р2 - ЬЗя

4 6.1948 6 1952 грЗ^Р, - | яЗЧ ;

5 6 1963 6,1974 2р?р "'Р2 - 153?

6 1963 2рЗр-'р„- ЬЗб 35,

6 6.1986 6,1993 2рЗ(1 'О, - 1.53(1 102

6.1992 2р?р - и?<1

7 6,2003 6,2019 2рЗ(1 "'Рз - 153(1 '"Э,

6 2015 ЗрЗт'О, - ^Зр'Р,

6 1991 ?|Г 'Я,- Ь2р'Р.

8 6 2039 6.2042 2рЗ(П-,- 153(1

1 6 2043 2рЗ(1 153(1 'О,

9 6 2080 6.2078 2рТр31>, - КЗр'Р,

Ю 6,2095 6.2097 2рЗр 'Ог- 151р^Р,

11 6 2117 6.2119 грЗр-'о, - 1БЗР 3Р,.

12 6,2186 6 2165 2рЗр 'р, - 153р 'Р,

п . 6 2221 6 2238 2рЗр 'Р, - ЬЗв 'Зо

Аналогичным образом нам удалось измерить длины волн с погрешностью ±0.001 Л и расшифровать другой тип сателлитной структуры в К спектре магния, обнаруженной в экспериментах по нагреву магниевых мишеней пикосскундным лазерным импульсом [19, 20, 36]. В этом случае за счет высокой светосилы и разрешающей способности спектрографов в окрестности резонансной линии Ь2р 'Р, - Ь2 Не-подобного иона Му XI были зарегистрированы не наблюдавшиеся ранее спектральные линии, расположенные в непосредственной близости ог известных диэлеьтропных сателлитов, обусловленных переходами ЬгШ'-Ь2 21' в Ы-подобном ионе Мк X. Проведенные расчеты атомных констант и кинетики нома Мц IX [20, 36, 38] подтвердили предположение, что эти линии связаны с радиационным распадом дважды возбужденных состояний ШИЗ!" Ве-подобного иона Му IX. Это позволило впервые измерить с высокой точностью и проидентнфицировать 14 спектральных линии данною пина. Следует отмстить, что идентифицированные нами сателлиты по всей видимости наблюдались и ранее в сильно исдоионнзовашюй. лазерной

плазме [25], но недостаточное спектральное разрешение не позволяло их выделить из 1рутш привычных П-подобных сателлитов q,r; а-<1 и к-], что приводило к трудностям в интерпретации интенсив! юсгсн последних.

Отметим также прецизионные измерения длин волн Ц-подобных сателлитных структур вблизи резонансной линии Не- подобного иона Мя XI, выполненные нами в [29] с очень малой для этого спектрального диапазона погрешностью ±0.0008 что позволило пронести детальное сопоставление теоретических расчетов, проводимых различными методами.

Прецизионные измерения [25] длин волн (с погрешностью ±0,0005- 0,002 Л) еще оо-лее сложных сателлитных структур Ве-, В-, С-, И-, О- и Р-подобных ионов вблизи резонансных линий Не- подобных ионов М§ XI - Э XV, а также их сопоставление с расчетами по методу М2!, выполненными к.ф-м.н. А.С. Шляпцевой, позволило впервые идентифицировать более 200 спектральных линий этих ионов, возбуждавшихся излучением С02 лазера. 2.2.4.2. Сатсллнтные структуры в Ь-спектрах тяжелых ионов.

Примером сателлитных структур в спектрах Ь-ионоп (т.е. ионов с основной Ь-оболочкой) являются сателлиты резонансных линий Ке-подобных ионов, обусловленные переходами в Л^-подобных ионах. Среди 1*-сателлнтов этот случай является, с

одной стороны, одним из самых простых для теоретического описания (из-за наличия замкнутых или почти замкнутых оболочек в конфигурациях возбужденных уровней как самого Ке-подобного иона, так и дваждывозбужденных состояниях ионов, обуславливающих сателлитную структуру), а с другой -, возможно, и наиболее интересным из-за различных приложений, в которых используются Ке-подобные ионы.

Исследования таких сателлитных структур мы проводили последние несколько лет для ряда тяжелых элементов от Со до Мо [21-23, 26-29, 31, 32, 34] сначала с использованием спектрографов с изогнутыми по цилиндрической поверхности кристаллами (спектрограф Иоганна), а в последнее время - с помощью ФСПР-1 спектрографа. Применение ФСПР-1 спектрографа оказывается принципиально важным, когда источник спектров обладает малой энергией, в частности, при нагреве плазмы сверхкороткими лазерными импульсами или импульсами низкой мощности. Так, например, с помощью ФСПР-1 нам удалось зарегистрировать сателлиты к переходам п=4->п—2 Ие- подобного нона Си XX в случае создания плазмы длинным импульсом экснмерного ХеС1- лазера при плотностях потока порядка 1012 Вт/см2 (энергия лазерного импульса ~ 4 Дж, длительность - 120 не) [31]. Полученная денсигограмма спектра, а также результаты теоретическою моделирования

приведен из рис.11. Совпадение экспериментальных и теоретических данных позволяет идентифицировать большую часть наблюдаемых спектральных линий как переходы с дваждывозбужденных уровней Na- подобного иона Си XIX.

Высокое спектральное разрешение позволяло получать спектры вблизи резонансных линий Ne- подобных ионов различных элементов со столь высоким разрешением, что впервые стало возможным детальным образом измерить различные сателлитные структуры и определить длины волн с погрешностью ±(0,0008-0,002) моделировать экспериментальный спектр и провести идентификацию не только Na- подобных сателлитных структур, соответствующих переходам с уровнен 2s2 2р! 3141' и 2s2p6 314Г; но и переходам с уровнен 2s2 2р* 313Г и 2s2p6 3131* , а также переходам с уровней 2s2 2р5 313Г31" и 2s2pc 313Г31" Mg-подобных сателлитных структур. Это позволило, в свою очередь, выполнить детальную проверку расчетоь этих ионных структур, выполненных миогоконфигурацнонным методом Дирака-Фока по программам YODA (Dr. J. Nilscn, LLNL, USA) и HULLAC (Dr. A. Osterheld, LLNL, USA). Достаточно хорошее (0,5+3 мА) совпадение расчетных данных с результатами измерений показало, что современные методы теории атомных спектров действительно позволяют рассчитывать энергетическую структуру многоэлектронных попои со спектроскопической точностью даже для таких сложных систем, как Na- и Mg- подобные ионы. Нмполы к ппт.челу 2.2.

Показано, что резонансные серии Н- и 11с- подобных многозарядных ионов могут быть использованы и качестве стандартных реперных линий для рентгеновского (0.6-12 гаВ)

Рис. 11 а) Денснтсграмма участка спектра вблизи резонансной лнний 25:2р6 - 2522р!4(1 Ъ], 'Б, Ые-подобного нона Си XX. Отмечены также сатсллнгкыс структуры Ка-подсюных ионов Си XIX; б) Результаты моделирования экспериментального спектра при = 10:2см-3 и Т. ■= 130 ЭВ. в1 то же, но N. = 102"см"3 и Т.= 135 эВ_

диапазона спектра. Предложен и реализован метод измерений длин волн рентгеновских спектральных линий резонансных серий Н- и Не- подобных ионов в излучении рекомбинирующей лазерной плазмы, позволивший снизить погрешность измерений длин волн в 3-6 раз. Выполнены систематические измерения длин волн и идентификация рентгеновских спектральных линий многозарядных ионов:

1) С погрешностью+(1-2) м(! измерены длины волн высших членов резонансной серии 1$пр 1Р, - Ь2 ^ (п=4-6) Не- подобного иона Р VIII.

2) С погрешностью ±(0.3-0 5) м(! измерены длины волн высших членов резонансной серии Ьпр 'Р| - 1эг 'Бо (п=6-12) Не- подобного иона А! XII

3) С погрешностью ±(0 5-2 5) м;! измерены длины волн высших членов резонансной серии №-подобных ионов № XIX и ве XXIII.

4) С погрешностью +(0 8-0 9) м^ измерены длины волн спектральных линий 2з2р6 Зр 'Р| -2з22р6 Ч Се XXIII и 252 2р5 4(1 - 2522рй 'Б» Си XX.

5) С погрешностью +(0.8-2) мЛ измерены длины волн сателлитных структур Не- подобных ионов вблизи резонансных линий Ьу„ Н- подобных ионов Р IX, Мц XII, XIV.

6) С погрешностью +(0 2-0.8) мЛ измерены длины волн сателлитных структур 1л-подобных ионов вблизи резонансных линий Не„ ионов XI и Аг XVII и Нец Аг XVII.

7) Выполнена идентификация и с погрешностью +(0 5-1) м;] измерены длины волн сателлитных структур вблизи резонансной линии Не- подобного иона XI, обусловленных переходами с автононизационных уровней 152121 '31" Ве-подобного иона Мё IX.

8) Выполнена идентификация и с погрешностью +(0.5-2) м,1 измерены длины волн сателлитных структур вблизи резонансных линий Не- подобных ионов Г^ XI- Б XV, обусловленных переходами с автоионизационных уровней Ьгв^р™ Ве-, В-, С-, 14- и Р-подобных ионов

9) Выполнена идентификация и с погрешностью +(0,5-2) мЛ измерены длины волн сателлитных структур вблизи резонансных линий Ие-подобных ионов Си XX, Хп XXI, Се XXII, 5е XXIV, Кг XXVII, У XXIX- Мо XXXII, обусловленных переходами с автоионизационных уровней 3131' Ыа-подобных ионов

10) Выполнена идентификация и с погрешностью ±(0 5-2) м.4 измерены длины волн сателлитных структур вблизи резсунсных линий Ие-подобных ионов Си XX, Кг XXVII и

Y XXIX, обусловленных переходами с автоионизацнонных уровней 314Г Na-подобных ионов.

11) Выполнена идентификация и с погрешностью ±(1.0-1.5) Mil измерены длины волн сателлитных структур вблизи резонансных линий Ne-подобных ионов Y XXIX и Мо ХХХ11, обусловленных переходами с автоионизационных уровней 31*31**31*" Mg-подобных ионов.

12) С погрешностью АЕ/Е ~ 4.7* 10"5 измерен потенциал ионизации Не- подобного нона А> XII. С погрешностью ДЕ/Е ~ (1.5-3) 10"* измерены потенциалы ноннзации Ne- подобных ионов Ni XIX п Ge XX1U.

2.3. РАЗРАБОТКА II СОЗДАНИЕ ФАКТОГРАФИЧЕСКОЙ БАЗЫ ДАННЫХ ПО СПЕКТРАЛЬНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ АТОМОВ II ИОНОВ.

Новое качество метрологического обеспечения науки и техники в области атомной спектроскопии может быть достигнуто в настоящее время в связи с развитием новых информационных технологий и компьютерные возможностей {появление персональных компьютеров с практически неограниченной памятью и компьютерных информационных сетей).

Условно проблемы, которые ставятся теоретической и экспериментальной спектроскопией и представляют наибольший интерес для потребностей науки и техники, можно разбить на следующие четыре группы (см.Табл.7),

К первой группе относятся задачи, связанные с расчетами и измерениями характеристик изолированных атомов, ионов в заданном внешнем поле. При этом искомыми являются такие величины,как энергии уровнен, вероятности спонтанных радиационных переходов, вероятности автоионизацшт, диссипации, константы штарковского и зеемановского расщепления и т.п.

Вторую группу составляют задачи, примыкающие к теоретическим и экспериментальным исследованиям в областях взаимодействия, в том числе, полевые атомов и ионов и уширения спектральных линий. Здесь искомыми являются сечения (или скорости) различных элементарных актов, таких как: возбуждение (девозбужденне) аюмои и ионов электронным ударом; псупругие переходы при столкновении атомных частиц, радиационные столкновения; столкновения сбивающие фазу волновой функции и играющие важную роль в теории уширения спектральных линий.

Таблица 7.

Спектроскопия

„а ее применение 4 науке и технике

характеристики изолированных атомов, ионов:

длккы волк спектральных линий;энергии уровней;вероятности радиационных переходов, автоионизации и т п.

проверка фундаментальных теоретических представлений

создание стандартов длин еолн для различных областей спектра

сечения и скорости элементарных процессов с участием атомов, ионов к электронов

создание методов измерения параметров веществ в различных состояниях

характеристики релаксационных процессов, форма спектральных линий: населенности уровней, скорости процессов ионизации и рекомбинации и сопровождающие их мощности энергообмена и т.п.

создание мощных источников некогерентного излучения

К третьей группе задач относится проведение систематических расчетов характеристик кинетических процессов для различных атомов и ионов, Такие расчеты являются базовыми для определения параметров различных сред.

И, наконец, чстертая группа задач связана с исследованиями по взаимодействию различных сред, в том числе и плазмы с резонансным излучением и создание лазеров в различных спе*сгральныч диапазонах.

Эффективное использование спектральных методов в прикладных задачах требует создания баз данных. Такого сорта данные, получаемые в результате дорогостоящих расче--тов и экспериментов, рассеяны по многочисленным оригинальным работам н малодоступны в нашей стране. Задача создания полномасштабного банка данных по всем вышеперечисленным направлениям является огромной и требует работы многих научных коллективов на протяжении большого периода времени. Поэтому представляется весьма актуальным создание баз данных по отдельным вышеперечисленным аспектам. Такая работа [3, 69-77] по созданию фактографического банка данных по характеристикам изолированных атомов и ионов (энергии уровнен, вероятности спонтанных радиационных и

взаимодействие с собственным излучением: перенос излучения, динамика лазерной генераций, радиационная газодинамика

BAJA

данных

по ■ спектральным

и

кинетическим

характеристикам

создание новых типов лазеров

исследование физических процессов в газе и плазме

развитие вычислительных методов квантовой механики и электродинамики

исследование медико-биологических объектов

автоионизационных переходов, длины волн, энергии уровней), а также по столкновениям атомов и ионов была выполнена в настоящем исследовании. В ГНЦ "ВНИИФТРИ" создан фонд по спектральным характеристикам многозарядных ионов, являющийся частью тематического фонда системы ГСССД России. Он предназначен для научных исследований в области атомной спектроскопии и ее приложений, ядром которой является банк данных "СПЕКТР". Его отличительной особенностью является то, что он строится по принципу документально-фактографического банка данных. Т.е. в нем, в основном, хранятся непосредственно численные данные по электронным переходам, по потенциалам ионизации, по сечениям и т.д.(см.рис.12). Появление персональных компьютеров с практически неограниченной памятью позволяет создавать для использования на них гигантские по объему базы данных.

В качестве базовой СУБД нами была выбрана коммерческая система Иох Рго2, которая является в настоящее время одной из самых быстрых среди СУБД работающих с ■ персональными компьютерами. Остальная часть математического обеспечения, позволяющая работать с фактографией (манипулирование данными), разрабатывается самостоятельно в ГНЦ "ВНИИФТРИ" и преследует следующие цели.

1) обеспечить режим меню для формирования поисковых предписаний;

2) обеспечить выполнение функций, содержащихся в документах (например, провести вычисления сечений по формулам, которые встретятся в документах во время их

Рис 12

показа на экране дисплея). По сути дела эта возможность позволяет создавать не только банк данных но и банк моделей или функций (например, для сечений),

3) обеспечить интерфейс с программами пользователей для включения данных из банка в приложения,

4) обеспечить конверсию данных из любых форматов (из позиционных в иерархические) для включения в банк данных;

5) обеспечить получение различных выходных форм (нестандартные таблицы, графики, гистограммы),

6) обеспечить получение интегральных характеристик банка данных;

7) диалоговую подготовку информации.

Все эти функции позволяют рассматривать БД "СПЕКТР" как экспертную систему для проведения научных исследований в области атомной спектроскопии и различных научно-технических приложений

В настоящее время в А БД "СПЕКТР" представлены данные о спектральных характеристиках ионов изоэлекзронных последовательностей Н- - Ag- (теоретические расчеты, данные наблюдений, компиляция результатов экспериментальных исследований) Для документов использована классификация по предельным LS-термам. Они выбраны ввиду наибольшего распространения и традиционной наглядности LS-схемы связи Для сложных спекзров зарезервирована возможность анализа статистических весов соответствующих волновых функций в рамках многоконфигурационного приближения

На текущий момент в БД "СПЕКТР" содержится свыше 450 тыс документов (записей), занимающих примерно 76 Мб на НМД 13 таблице 8 приведено распределение этих документов по разделам.

_Табл 8_

Л»_Раздел_Число до/а центов__НМД. Мб

1 Спектральные линии 370548 69,66

2 Энергии уровней 65206 4.83

3 Потенциалы ионишиш 2292 0.17

4 Сечения и скорости

возбуждения 5265 1,94 ионизации 145 0,06 _дизлектронной рекомбинации 276_0J_

Данные взяты из 475-источников, сведения о которых занимаю-' еще 0,15 Мб Содержимое раздела 1 Табл 8 следующим образом распределено по спектральным диапазонам

Диапазон длин волн. А Число доку ментов

<100 291511

100-1000 52840

1000-10000 22879

10000-100000 3318

Выводы к разделу 2.3

Созданная в настоящей работе фактографическая база данных "Спектр" в настоящее время аттестована в качестве базы данных Государственной Службы Стандартных Справочных Данных России, а также передана для эксплуатации во ВНИИ экспериментальной физики (Арзамас-16) и ВНИИ технической физики (Челябинск-70)

2.4. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВА В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЯХ ПРИ СВЕРХВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И ПЛОТНОСТЯХ

Рассмотренная в разделе 2 1 рентгеноспектральная техника может использоваться не только в задачах спектроскопии многозарядных ионов, как это было показано выше, но и для извлечения информации о параметрах плазмы и происходящих в ней физических процессах. Отметим, что для этих целей широко использовались в настоящем исследовании созданные бесщелевые ФСПР- спектрографы. Становятся особенно важными такие свойства ФСПР- спектрографов, как наличие высокого пространственного разрешения (по одной или двум координатам), их большая светосила в сочетании с высоким спектральным разрешением, которое и здесь остается немаловажным, поскольку многие диагностические методики, развитые в настоящей работе к.ф.-м.н. Скобелевым ИЮ. совместно с нами основываются или на измерении характеристик близкорасположенных Спектральных линий или на измерении формы контура отдельной линии. Сочетание всех этих качеств позволило применять ФСПР- спектрографы для измерения параметров плазмы различных пространственных областей самых разнообразных плазменных объектов (см., например, [35, 7-16, 30-33, 35-54, 63-65, 83]). 2.4.1. Диагностика сверхплотной плазмы.

Под сверхплотной плазмой будем понимать плазму с плотностью, близкой к твердотельной, т.е. с N. > 1022 см'3. Такая плазма получается в лабораторных условиях, например, при лазерном обжатии сферических мишеней, в микропинчах или при нагреве плоских твердотельных мишеней сверхкороткими лазерными импульсами. Для измерения ее параметров обычно используются рентгеноспектральные методы, основанные на

сопоставлении теоретических и экспериментальных значений интенсивностей К- сателлитов или контуров резонансных линий. Поскольку сверхплотная плазменная область, как правило, обладает малыми размерами (не больше нескольких десятков микрон), то необходимо, чтобы применяемая рентгеноспектральная техника обладала по крайней мере таким же пространственным разрешением, в противном случае усреднение светимости по менее плотным областям плазмы может привести к существенному занижению измеряемых значений параметров сжатой зоны. Необходимое пространственное разрешение, вообще говоря, может быть получено при использовании классических спектрографов со щелью шириной к 10-20 мкм, но светосила таких приборов является крайне низкой. Для спектрографов ФСПР таких ограничений нет.

Мы использовали спектрографы ФСПР-1 для определения параметров сверхплотной плазмы при нагреве плазмы фемто- и пикосекундными лазерными импульсами. В качестве диагностических методик был использован [30] способ измерения параметров плазмы по относительным ннтенсивностям диэлектронных сателлитов резонансной линии Н-подобных ионов. Этот метод мало чувствителен к пространственному усреднению, поскольку интенсивность сателлитных структур резко падает при удалении из горячей области плазмы, тогда как резонансные линии продолжают интенсивно излучаться на значительных расстояниях за счет заселения однократно возбужденных состояний иона в процессе рекомбинации.

На рис.13 приведены участки спектров [30] вблизи резонансной линии Ьу Н-подобного нона 51 XIV, полученные в экспериментах с Х- пинчом (а), с лазерной плазмой, созданной 300- фс импульсом ХеС1- лазера (б), и спектр лазерной плазмы, нагреваемой "длинным" (к 2 не) импульсом N(1- лазера (в). Во всех трех случаях плотность плазмы может быть определена из чувствительного к плотности отношения интенсивностей триплетных сателлитов 2р2 ®Р- Ь2р 'р и 2$2р !Р - 152$ \ , которое дает значения N. =1,21023 см"5, 6 1022 см'3 и 102' см"3 для экспериментов а, б, в, соответственно. Столь высокое значение плотности в случае (а) подтверждается также наблюдением запрещенного сателлита 2р2 'Ог -Ь2р 5Р2, а в случае (б) - следует как из оценок ширины резонансной линии Ьуа иона XIV, так и разработанного в [30] метода измерения параметров плазмы по относительным ннтенсивностям сателлитов типа 2/3/' —> 153/" Не- подобных ионов (см. рис.10).

Следует отметить, что в случае (б) отношение интенсивностей сателлита 2р2 'Оз-1з2р 1Р| и резонансной лини» дает довольно низкое значение электронной температуры плазмы Тс ~ 460 эВ Учитывая, что плотность потока нагревающего импульса в этом эксперименте составляла с| ~ 4-10" Вт/см2, а перед основным лазерным импульсом имелся пред-импульс, обеспечивающий создание пре-плазмы, столь малое значение Те вместе со значением I4), = б ) О22 см'3, превышающим критическую плотность для нагревающего излучения, показывают, что в условиях данного эксперимента максимум светимости ионов Б/ XVI в плазме приходится на пространственную область, расположенную между критической точкой и поверхностью твердого тела

Аналогичные результаты, свидетельствующие что при нагреве плазмы сверхинтенсивным излучением пико- или субпикосекундной длительности максимум эмиссии спектров многозарядных ионов осуществляется из области, расположенной между областью поглощения нагревающего лазерного излучения (критическая плотность) и поверхностью твердого тела, были получены нами в работах [35-38,82] Так электронная плотность плазмы, по развитому нами в работе [37] метод у измерения плотиости плазмы по отношениям интенсивностей резонансных линий 2з1' 2ри п! - 2р6 1 Бо (к!+к2=7) Неподобных ионов Ое ХХШ, составила = 1022 см'3, аТ, = 310 эВ. В этом эксперименте нагрев плазмы осуществлялся N(1- лазером (критическая плотность «р. - 1021 см"3) с длительностью импульса около 2 пс и плотностью потока на мишени ~ 210" Вт/см2. Таким образом, экспериментально продемонстрировано, что разработанные ФСПР- спектрографы и методы измерения параметров плазмы могут быть применены для исследований закритических областей лазерной плазмы.

(.у , XIV

гт>

6.245 «.255 к

Рис. 13. Дснсктограммы участков спектров вблизи Ьу Н-нодобного иона XIV, зарегистрированные в излучении различных плазменных источников, а) Х- пинча. б) плазма, нагреваемая излучением ХсС1-л«исра с 300 фс длительностью; в) плазма, нагреваемая излучением Ж-лазсра с 2 не длительностью На рис. также приведены результаты теоретического моделирования, выполненного для сатсллнтних линий Не- подобных ионов Б! ХШ. соответствующих перс-ходам 212р 3Р- 152131._

2.4.2. Рентгсмоспсктральныс методы измерения параметров плазмы с нестационарным ионизационным состоянием.

Большинство из традиционно применяемых рентгаюспеетральных меилли.с измерений параметров высокотемпературной плотной плазмы основано на сопоставлении экспериментальных значений относительных интенсивностей различных спектрлльньл линий многозарядных ионов с расчетными. При этом в расчетах обычно подразумевалось, что плазма имеет ионизационное состояние, близкое к стационарному, соответствующе:* у данной температуре электронов, Однако в реальных экспериментальных ситуациях почти всегда ионизационное состояние плазмы является нестационарным. Так, например, значительная нестаиионарность плазмы реализуется при се нагреве излучением СО -лазера, лазерами пико- и фемтосекундной длительности. Практически всегда нестационарным оказывается ионизационное состояние высокотемпературной плазмы на этапе ее распада. в последнем случае плазма является переохлажденной (рекомбиниругащей).

Распространение методов определения параметров плазмы по относительным интенсивностям спектральных линий многозарядных ионов на случай плазмы с нестационарным ионизационным состоянием требует соответствующего уточнения расчета относительных интенсивностей. При этом корректный расчет должен учитывать все возможные рекомбинациониые и ионизационные каналы заселения возбужденных состояний ионов. В настоящем исследовании (см. более подробно [46, 65, 66]) такие уточнения были выполнены: для резонансной и иитеркомбинационной линий Не- подобных ионов, отношений интенсивностей резонансных линий Н- и 11с- подобных линий к их диэлектронным сателлитам, рассмотрены процессы формирования К- спектров излучения многозарядных Н-, Не-, И Ы-подобных ионов в плазме с произвольным ионизационным состоянием и показано, что одновременное сравнение экспериментальных и теоретических данных об интенсивностях ряда спектральных линий, принадлежащих таким ионам, позволяет определять как электронную температуру плазмы, так и распределение ионов по степеням ионизации (соответствующим полностью ободранным, Н-, Не-, и 1л- подобным нонам).

Вышеперечисленные методики были использованы для измерения различных параметров плазмы (см .обзор [66]). По отношению интенсивностей резонансной и интеркомбинационной лилий Не- подобных ионов Р VIII и А1 XIII была измерена плотность рекомбинирующей лазерной плазмы на расстояниях вплоть до 10 мм от поверхности мишени. Отношения интенсивности резонансной линии Н-подобного нона И IX и ее

диэлектронных сателлитов были использованы для измерения отношения концентраций К„ч, к концентрации Кн. на различных расстояниях от поверхности мишени. По отношению ннтепспвностей: 1) резонансной линии 2р 2Р - Ь 2Э Н-подобного иона, 2) ее диэлектронного сателлита 2р2 'Ог - Ь2р 5Р| 3) резонансной линии 1$2р'Р, - Ь2 'во Не- подобного иона, 4) двух групп диэлектронных сателлитов 1з2рг гОцг,т - Ь22р 2Рцу/а (У) и Ь(2з2р 3Р) 2Рзл,ш -18г2 э Бю (Ч,г) резонансной линии Не- подобного иона, обусловленных переходами в Ы-подобном ионе для разлетающейся магниевой плазмы были измерены значения электронной температуры плазмы и относительных концентраций Кц /Ик, Н^/Ыи и N^/N11= на различных рассз ояниях от поверхности мишени. В [46, 65] по отношению интенсивностей резонансных линии Не- подобного иона М$ XI и ее диэлектронных сателлитов к^ было измерено отношение концентрации N¡1 ЛЧцо Для рекомбинирующей плазмы, нагревавшейся излучением ХсС1 лазера. Аналогичные измерения были выполнены и для плазмы фтора, ?1агреваелюй излучением СОг -лазера. Исследование закритической - 4-1020 см*3 ) облает» СОз -лазерной плазмы по рентгеновским спектрам многозарядных ионов А1 было выполнено в [40] и позволило впервые зарегистрировать формирование плато на профиле плотности при увеличении плотности потока нагревающего излучения до q ~ 5-1014 Вт/см2.

Исследование особенностей формирования рентгеновских спектров рекомбинирующей плазмы, создаваемой излучением различных гармоник Ш-лазера, было выполнено в работе [41] как с применением перечисленных выше методик, так и с помощью сопоставления населенностей возбужденных уровней гелиеподобного иона А1 XII с расчетными. Экспериментальные отношения населенностей различных возбужденных уровней свидетельствовали о наличии инверсных населенностей для уровней 4-3 и 5-4. Выполненные измерения показали, что наиболее сильная инверсия населенностей наблюдается при облучении 200-псек импульсом второй гармоники N{1 лазера. Инверсия населенностей уровней водородоподобного иона Р IX в рекомбинирующей лазерной плазме, сжимаемой сильным (вплоть до 20 Тл) магнитным полем исследовалась с помощью развитых нами рентгеноспекгральных методов также в работах [50, 51, 54].

Высокая эффективность диагностики разлетающейся плазмы по интененвностям и формам контуров спектральных линий Зр-Ь и высоковозбуждеиных уровней Ьпр-Ь2 (и = 6 -10) Н- и Не- подобных ионов А] XIII и А1 XII была продемонстрирована также для лазерной плазмы в работах [46-48]. Полученные с их помощью зависимости Щх) и Тс(х) позволяют определить и другие ее параметры. Например, подстановка Щх) и Тс(х) в систему

нестационарных кинетических уравнений позволяет проследить за изменением зарядового состава плазмы в процессе ее разлета (задача весьма актуальная в связи с исследованию по созданию лазерных инжекторов многозарядных ионов (см., [43] и литературу в ней)).

Для корректной интерпретации рентгеновских спектров многозарядных ионов плазмы, нагреваемой сверхинтенсивным лазерным излучением пико- и фемтосекундной длительности и характеризующейся сильной неравновесностью ионизационного состояния и при наличии большого количества «горячих», надмаксвелловских электронов Д-ром Ф.Розмеем (Бохумский Университет, Германия) совместно с нами в [38] ,был предложен новый механизм возбуждения днэлеюронных сателлитов Li-, Ве-подобных ионов за счет электронного удара из высоковозбужденных состояний этих ионов. Было показано, что за счет высокой плотности плазмы, приводящей к перемешиванию населенностей уровней, 1акие состояния имеют большую заселенность и эффективно возбуждаются как тепловыми так II надгепловыми электронами. Развитый метод позволяет по интенспвностям сателлитных линий вблизи резонансной линии Не- подобных ионов измерять в плотной нестационарной плазме не только электронную температуру и плотность, но и количество «горячих» электронов.

Не менее важными для диагностики высокотемпературной плазмы являются и более сложные сателлитные структуры Na- и Mg- подобных ионов вблизи резонансных линий Ne-подобных ионов тяжелых элементов [28, 29, 31, 32, 34, 42, 43, 78]. Так в работе [42] была продемонстрирована чрезвычайно сильная зависимость интенсивности таких сателлитных структур от длины волны нагревающего излучения (нагрев Nd- и СО2- лазером), что связано с гораздо более сильной недоионизованностью плазмы, создаваемой СО2- лазером, а также наличием большого количества горячих электронов в такой плазме. Моделирование экспериментальных спектров показало, что в последнем случае электронная температура составляла Те ~ 150 эВ, а отношение концентраций Nn/Nn. менялось от 0,02 для Ni до ~ 1 для Мп и Сг. При нагреве плазмы излучением Nd-лазера это соотношение было больше 1 даже для гораздо более тяжелых элементов таких как Y - Мо [26], Надежная диагностика плазмы может быть проведена также и по сателлитным структурам вблизи резонансной линии Ne-подобного иона, соответствующей переходу 4d-2p [29,31,32].

Спектрограммы с двумерным пространственным разрешением, или, так называемые, спектрогелиограммы, полученные с помощью спектрографов ФСПР-2 (см. выше 2.1), были использованы нами для оценок размеров и геометрической формы исследуемой плазмы.

Например, в случае разлетающейся лазерной плазмы такие спектрогелиограммы позволяют измерить изменение поперечных размеров плазменного факела при удалении от поверхности мишени. На рпс.б показаны спектрогелиограммы лазерной магниевой плазмы для резонансной и интеркомбинационной линий Нс-подобного иона XI при свободном разлете (а) и разлете в аксиальном магнитном поле с индукцией В к 10 Тл (б) [52], Из представленных спектрогелиограмм, а также спектрогелиограмм для линий Ьпр - Ь1 Неподобного нона А1 XII [16], хорошо видно влияние магнитного поля на структуру лазерного факела: если при свободном разлете плазма расширяется в конус с утлом раствора « 30° , то при наличии внешнего магнитного поля на расстоянии х ж 1 мм. от мишени происходит формирование плазменной струп, которая тянется, не расширяясь, по крайней мере до расстояний и 5 мм без заметного уменьшения светимости.

Выше были приведены примеры использования рентгеноспектральных методов определения параметров плазмы с нестационарным ионизационным состоянием. В этих экспериментах спектры плазмы регистрировались только с пространственным разрешением, и отсутствие временного разрешения не являлось столь существенным. Но, естественно, существуют задачи, для которых необходимо именно наличие временного разрешения. К ним относится, например, измерение параметров плазмы в схеме нестационарного рентгеновского лазера с двумя импульсами (см.[5] и литературу в ней). В этой схеме параметры плазмы сильно меняются во времени по мере прихода лазерных импульсов, кратковременно создающих инверсную среду, что приводит к развитию генерации лазерного излучения. Контроль параметров плазмы в течение всего временного процесса являстс.1 крайне необходимым.

В исследовании [5] временные измерения интенсивности эмиссионных спектров вблизи резонансных линий Не- подобного иона XI и линии 4(1-2р Ые- подобного Т1 XIII показали, что в случае нагрева твердотельных мишеней двумя последовательными импульсами нано- и пикосскундной длительности, следовавшими с интервалом в 1,2 не, наблюдался эффект нагрева и увеличение плотности плазмы, создаваемой наносекундным импульсом, при дальнейшем воздействии на нее короткого интенсивного лазерного импульса длительностью 1 пс.

Остановимся теперь на погрешностях измерений разработанных рентгеноспектральных диагностических методик, основанных на измерении интснсивностей

близколежащих спектральных линий [3-5, 35-54, 63-66, 82]. Они определяется, главным образом, тремя факторами [81] (см. также Табл.9):

1) погрешностью измерения относительных интенсивностей рентгеновских спектральных линий; 2) адекватностью используемых моделей; 3) погрешностью используемы* в кинетических расчетах значений вероятностей элементарных атомных процессов (радиационный и автоионизационнын распад, столкновителыгае возбуждение и девозбуждение, столкновительная ионизация, тройная и радиационная рекомбинация).

Таблица 9. Погрешности измерении параметров шшмы рснтгсноспекгральнымн меюдами.

Источник неисключенной систематической погрешности Значение относительной погрешности. Л/7Х

1- Экспериментальные погрешности измерении относительных интенсивностей спектральных липли

я) Различие в отражении от кристалла 0.1

б) Различие в пропускании фильтра 0,05

в) Различие в чувствительности пленки 0,05

г) Различие в геометрических факторах 0,1

2. Теоретические погрешности расчета констант атомных процессов 0,1 + 1.0

3. Теоретические погрешности нспольз\смых кинетических моделей 0,1 +0,3

4 Суммарная неисключснная систематическая погрешность 9 = ±кШ V /=1 0,3+1,48 (АГ=1,4 приУ= 0,99, Л' = б)

5 ско ад = « 0,07

6 Доверительная граница случайной погрешности результата измерений е(Р) = 2р1£(х) 0,18 при Р = 0,9» 2,„=2,5К

7 СКО результата измерений 0,14+0,61

8 Доверительная граница суммарной погрешности результата измерений АР = Кр[0(Р) + £(Р)] 0,32+1,5 при К,=0,72

Погрешность измерения относительных интенсивностей спектральных линий существенно зависит от того насколько близко расположены эти линии друг к другу, поскольку только для таких близколежащих спектральных линий отражение от кристалла, пропускание фильтра, чувствительность фотопленки, различие в геомегрических факторах и т.д. являются практически неизменными. Оценки показывают, что погрешность измерения интенсивностей резонансных линий и их сателлитов обычно составляет не более ±20%.

Погрешность результатов расчета констант атомных процессов зависит от типа процесса и типа иона. Для ионов простых изоэлектронных последовательностей (Н-, Не-,

1л-, Ке-подобиые) вероятности радиационных и автоионизацнонных переходов известны с погрешностью порядка 10-30%. Для ионов сложных изоэлектронных последовательностей (Ве-, В-, О- подобные) погрешности значительно больше и составляют ~ 50% для радиационных переходов а для столкновительных - до 100%.

Адекватность используемых кинетических моделей проверялась, как правило, по адекватности теоретического описания всего эмиссионного спектра данного иона (а не только линий, используемых для диагностики).

Табтица 10 " соответствии с вышесказан-

Ионы Псрсходы Измеряемые Область применения ным (см. также Таблицу 9) мы

параметр ьг оцениваем суммарную пог-

Н- )1р - Ь м„т. N. - 10'5 -10" СП1'3

11 = 3 - 10 (ЬЛТСИСЛВНОСТИ II Т." Ю- 500 эВ длягк 9-14 решность измерений парамет-

^юрмы контура) ров плазмы с помощью мето-

н- 2р -Ь N.. Т, N. * Ю21 - Ю^спГ3

Нс- 2р31 - 1з31 Т.- 100-1000 эВ дик, использующих отноше-

1 = ^р. с1 для 10- 14 ния интенсивностей линий

11- 1р!р -г Т. N. <1022 ст1

Нс- и- 1&2р 'р,-^2^ 2р:'02-1$2р'Р, N„/N„0 ионов простых изоэлекгрон-

1я2р21 - Ь21 МиЖ, ьых последовательностей

11с- 2рг '02- 1з2р 'Р, 2рг,Р - Ьгр^Р N. N. = 1022 -1024 ст'3 для 7.-1- !4 (большая часть диагностичес-

Нс- 1511р - 1 Б* 11 = 5-12 Н,,Т„ 10,3-10"с1п' Т. = 10 - 500 эВ ких методов) ±20-50% и для

(интенсивности к формы КО!ГТУра) ДЛЯ 2 = 9-13 более сложных ионов (напри-

и- 1ь"3р -Ь'2з и:35 - Ь:2р 1 Б;30 - Ь22р N. М,= 10"- Ш22 спГ3 дляг= 18 -33 мер, диэлектронные сателлиты, обусловленные перехода-

Мс- 35 -2р(' 2р5 за -2р" N. М.= 10'8- Ш22ст"3 для г ~ 25 -32 ми в М§-подобных нонах)

?.Б2рйЗр-25ггрй ±150%. Этот вывод был также

Ыс- 2р"3(1 -2р" Т., Т. = 100- 1000 зН

№- 2?' 3(131 - 2р631 1 я. р, а Ы,<1022 ст"1 для 7. = 24 - 42 подтвержден одновременным

№- 2р'3<1 -2р6 т., Т,= 100- 1000 эВ использованием в одном

мв- 2р' 3(13131' -2р°ЗГ 1.Г = я, Р,(1 ■Ми- Ы.<102гснГ3 для г. = 24 - 42 > эксперименте нескольких

методов диагностики.

Вывод к разделу 2.4.

Таким образом, подводя итоги этому разделу след уст отметить, что: детальные кинетические расчеты населенное!ей уровней многозарядных ионов позволили разработать комплекс рентгспоспектральных методов измерения параметров плазмы как с нестационарным, так и с квазистацноиарным зарядовым составом. Комплексные

/

исследования особенностей формирования рентгеновских спектров высокотемпературной плотной плазмы, дали возможность разработать методы измерения параметров по относительным интенсивностям спектральных линий многозарядных ионов. (Таблица 10) 2.5. Заключение,

Таким образом, подводя итоги исследованиям, представленным в настоящем разделе 2 можно сделать вывод, что создание нового класса рентгеноспектральных приборов, а именно, приборов рентгеновской изображающей спектроскопии, включающего в себя высокосветосильные спектрографы со сферически изогнутыми кристаллами, пропускающие дифракционные решетки- обскуры и многослойные Брэгг-Френелевские линзы, существенно расширило возможности экспериментальной спектроскопии высокотемпературной плазмы. Их использование в задачах атомной спектроскопии многозарядных ионов позволяет повысить точность измерения длин волн рентгеновских спектральных линий (главным образом, за счет регистрации эмиссионных спектров из сравнительно разреженных областей плазмы, где уширение линий достаточно мало) и исследовать не наблюдавшиеся ранее малоинтенсивные спектральные переходи. В задачах измерения параметров высокотемпературной плотной плазмы эти приборы позволяют получать информацию о пространственных распределениях (одно- и двухмерных) параметров как неоднородных плазменных микрообъектов с линейными размерами S 100 мкм (микропинчи, плотные области лазерной плазмы), так и протяженных плазменных источников в областях их низкой светимости (разлетающаяся лазерная плазма на больших расстояниях от мишени, схлопывающиеся лайнеры в сильноточных электроразрядшлх установках). Дальнейший прогресс в этом направлении будет связан с сочетанием созданных рентгеноспектральных изображающих приборов с регистрирующей аппаратурой, обеспечивающей высокое временное разрешение.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЫ.

1. Освоено производство кристаллов слюды и кварца, изогнутых по сферической поверхности с размерами 10x30 мм при радиусе изгиба R = 100 мм; 12x50 мм при R=150mm; 15x50 мм при R = 186 и 250 мм; а также 15x70 мм при R = 443 мм. На их основе создан высокосветоснльный фокусирующий спектрограф с одномерным пространственным разрешением (ФСПР-l-спектрограф), обеспечивающий получение рентгеновских спектров в диапазоне энергий 0,6-12 кэВ с одновременно высоким спектральным (ДХЛ - ЮООО) и

пространственным 10 мкм) разрешением, также создан высокосветосильный фокусирующий спектрограф с двумерным пространственным разрешением (ФСПР-2-спектрограф), обеспечивающий получение рентгеновских спектров в диапазоне энергий 0,612 кэВ с пространственным разрешением не менее 100 мкм при поле зрения порядка 15 мм.

2. Реализована схема формирования высокоинтенсивных монохроматических (ДУХ ~ 10'2 - 10"3) коллимированных (10"4 - 10'3 рад) пучков мягкого (0,6-3 кэВ) рентгеновского излучения на основе сферических кристаллов и излучения плазмы,

3. Реализована высокосветосильная схема регистрации рентгеновских спектров многозарядных ионов плазмы с высоким (К16Х > 5000) спектральным и временным разрешением на основе сферических кристаллов, позволившая в экспериментах с плазмой, нагреваемой излучением пикосекундного лазера, зарегистрировать спектры вблизи резонансной линии Не- подобного Мй XI и резонансной линии 4<1-2р И XIII с временным разрешением вплоть до 2 пс.

4. Разработаны спектрографы на основе пропускающих дифракционных решеток из вольфрама, а также Брэгг-Френелевских линз на многослойных зеркалах и кристаллах слюды, позволившие с высоким пространственным разрешением (0,5-20 мкм в зависимости от типа используемых рентгенооптических элементов) провести исследования пространственной структуры излучения лазерной плазмы.

5. Подготовлены таблицы рекомендуемых справочных данных по константам водорода и водородоподобных ионов с зарядами ядер т. < 50. Показано, что резонансные серии Н- подобных многозарядпых ионов могут быть использованы в качестве стандартных реперных линий в рентгеновском диапазоне спектра.

6. Предложен метод прецизионных измерений длин волн рентгеновских спектральных линий, основанный на регистрации спектров излучения рекомбннирующей плазмы, позволивший в 3-6 раз уменьшить погрешность их измерения.

7. Измерены длины волн резонансной серии (п = 6 - 12) Не- подобного иона А1 XII с погрешностью ±(0,0003-0,0005) А и показано, что современные квантово-электродина-мические расчеты хорошо согласуются с экспериментом. Измерен потенциал ионизации Неподобного иона Л! XII, который составил 2085,98 ±0,10 эВ. Показано, что резонансные

серии Не- подобных многозарядных ионов могут быть использованы в качестве стандартных реперных линий в рентгеновском диапазоне спектра.

8. С погрешностью ±(0,5 - 2,5) мА измерены длины волн спектральных линий п1-2Г подобного иона N1 XIX (п = 4-15), и Се XXIII (п=7-9), а также их потенциалы

ионизации. Для подобного иона № XIX экспериментально продемонстрировано наличие сильного взаимодействия конфигураций 2Б22р'5с1 и 2з22рг'4р.

9. С погрешностью ±0,0008 А выполнены измерения разности длин волн близко-лежащих спектральных линий 2р 2Р3? - 1з М^ XII и 2з2р' Зр 3Р, - 2з22р6 'Б» ве XXIII, а также 1в2р 3Р1 - и2 'Бо Ми XI и 2з22р! 4с1- 2$22р61Бо Си XX, представляющих интерес для схем создания рентгеновских лазеров с фотонакачкой.

10. С высоким спектральным разрешением ХУД?» — 5000-10000 зарегистрированы спектры, обусловленные переходами с дваждывозбужденных состояний Не-, 1д-, Ве-, В-, С-,

О-, Р-, подобных ионов большого количества элементов. С погрешностью

(±0,0005 - 0,0025) А выполнены измерения длин волн нескольких сот спектральных линий, впервые проведена их нндентификация.

11. Разработана, создана,' аттестована и введена в эксплуатацию в качестве Базы данных Государственной Службы Стандартных Справочных Данных России фактографическая База данных "Спектр" по спектральным характеристикам атомов и ионов, содержащая в настоящее время более 450000 записей.

12. Разработан комплекс рентгеноспектральных методов измерения параметров высокотемпературной плотной плазмы как с нестационарным, так и с квазистационарным ионизационным составом по отношению интенсивностей различных линий. Эти методы были использованы для измерения параметров плазмы, образующейся в различных плазменных установках (плазма, нагреваемая лазерным излучением с различными длинами волн (от X = 308 нм до к = 10,6 мкм) и длительностями излучения (от 100 фе до 100 не)),

13. Экспериментально продемонстрировано, что при нагреве плазмы

«

сверхинтенсивным лазерным излучением пико- или субпикосекундной длительности максимум эмиссии К и Ь-спектров многозарядных ионов осуществляется из области, в которой плотность плазмы превышает критическую плотность нагревающего лазерного излучения.

4. ЛИТЕРАТУРА.

Содержание диссертации опубликовано в работах автора:

I. Бойко В.А., Пальчиков В.Г., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я. Спектроскопические константы атомов и ионов (спектры атомов с одним и двумя электронами). М, Изд-во стандартов, 1988 (American Edition, CRC Press, 1994)

2. Бойко В.А., Пальчиков В.Г., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я. Рентгеновская спектроскопия многозарядных ионов, • М., Эиергоатомиздат, 1988.

3. Фаенов А.Я. Метрологическое обеспечение работ в области спектроскопии атомов и ионов. Метрология, №12,с.9-25, (1995)

4. Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Брюнеткин Б.А., Дякин В.М., Пикуз Т.А., Пнкуз С.А., Шелковенко Т.А., Романова В.М., Мингалеев А.Р. Исследование радиационных свойств плазменных объектов методами рентгеновской . изображающей спектроскопии. ЖЭТФ, т.108(10), с. 1263-1308 (1995)

5. Никлес П.В., Калашников М.П., Шнюрер М., Брюнеткин Б.А., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я. Высокоразрешающая рентгеновская диагностика высокотемпературной плазмы с пикосекундным временным разрешением. Письма в ЖЭТФ, т.62 (12), с.910-915 (1995)

6. Брюнеткин Б.А., Дякин В.М., Скобелев И.Ю., Тенишев В.П., Ткачев АН., Фаенов А.Я., Хахалин С.Я. Спектральные методы и средства исследования лазерной плазмы. Обзорная информация. Серия "Образцовые и высокоточные средства измерений". Изд-во ВНИИКИ,. №2, 82с, 1989.

7. Bryunetkin В.А., Faenov A.Ya., Pikuz S.A., Skobelev I.Yu. Soft X-ray Imaging Spectroscopy of Large Dimension High Temperature Plasmas. Abstract of 10th International Colloquium on UV and X-ray Spectroscopy of Astroph. and Lab. Plasmas. Berkley, USA, 3-5 February 1992, p.37,

8. Bryunetkin B.A., Pikuz S.A., Skobelev I.Yu., Faenov Ya. "Imaging spectroscopy of high-temperature plasma sources". Laser and Particle Beams, v. 10 (4), p.849-860 (1992).

9. Faenov A.Ya., Agafonov Y.A., Bryunetkin B.A., Erko A.I., Ivanenkov G.V., Mingaleev A.R., Pikuz S.A., Romanova V.M., Shelkovenko T.A., Skobelev I.Yu.. High-performance X-ray spectroscopy of plasma microsources. Proceedings of SPIE-93, 14-16 July 1993, San Diego. Applications ofLaser Plasma Radiation. SPIE vol.2015, p.64-75.

10. Pikuz T.A., Brynetkin B.A., Faenov A.Ya., Pikuz S.A., Romanova V.M., Shelkovenko T.A. Creation of Bragg X-ray optics for imaging spectroscopy of plasma microsources. SPIE Proceedings, 1994, v. 2279, p.244-256.

II. Брюнеткин Б.А., Дякин B.M., Пикуз С.А., ПикуЗ Т.А., Фаенов А.Я. Получение двумерных монохроматических изображений лазерного факела с помощью сферически изогнутого кристалла слюды. Квантовая электроника. т.21(4), с.382-384 (1994)

12. Faenov A.Ya., Pikuz S.A., Erko A.I., Bryunetkin B.A., Dyakin V.M., Ivanenkov G.V., Mingaleev A.R., Pikuz T.A., Romanova V.M., Shelkovenko T.A. High-performance X-ray spectroscopic devices for plasma microsources investigations. Physica Scripta, v.50, 333-338 (1994).

13. Пикуз С,А., Романова B.M., Шелковенко Т.А., Пнкуз Т.А., Фаенов А,Я., Ферстер Е., Вольф Дж., Верхан О. Квантовая электроника, т.22(1), с.21-24 (1995)

14. Geindre J.P., Aridebert P., Rousse A., Gauthier J.C., Faenov A.Ya., Pikuz T.A., Pikuz S.A., Shelkovenko T.A. FSSR mica spherical crystal spectrometer with CCD detector for high-resolution X-ray spectroscopy of femtosecond laser-produced plasma. Physica Scripta, v.53,p.645-647 (1996).

15. Pikuz T.A., Faenov A.Ya., Foerster E., Wolf J., Wehrhan 0., Heinisch J., Hoelzer G., Vollbrecht M., Pikuz S.A., Romanova V.M., Shelkovenko T.A. Measurements and calculations of flat and spherically bent mica crystals reflectivity and using them for different applications in the spectral range 1-19 A. Proceedings ofSPIE-95, San Diego 9-11 July, 1995. v.2515, p.468-486 (1995).

16. Faenov A., Dyakin V., Pikuz Т., Skobelev I., Pikuz S., Kasperchyk A., Karpinski L., Pisarzyk Т., Wolowski J. Using X-ray spectroheliograph technique for investigations of laser-produced plasma' recombination under interaction with strong magnetic field. Proceedings of SPIE-95, San Diego 10-U July 1995, v.2520, Physica Scripta, v.53, p.591-596 (1996).

17. Faenov A.Ya., Pikuz S.A., Skobelev I.Yu., Ermatov Sh.A. "Precise measurements of X-ray wavelengths in recombining laser-produced plasma" Abstract of 10th International Colloquium on UV and X-ray Spectroscopy of Astroph. and Lab. Plasmas. Berkley, USA, 3-5 February 1992, p.52.

18. Брюнеткин Б.А., Пикуз C.A., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Хабибуллаев Б.К., Эрматов Ш.А. Прецизионные измерения длин волн рентгеновских спектральных линий многозарядных ионов в рекомбннирующей лазерной плазме. Квантовая электроника, т.19(9), с.916-918 (1992)

. 19. Брюнеткин Б.А., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Калашников М.П., Никлес П., Шнюрер М., Пикуз С.А. Высокоразрешающая рентгеновская спектроскопия плазмы, нагреваемой интенсивным ликосекундным лазерным импульсом. Квантовая элетроника, т.20, с.393-398 (1993)

20. Абдаллах Дж., Брюнеткин Б.А., Калашников МП., Никлес П., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Шнюрер М. Идентификация переходов с- автоионизационных уровней Is2l21'31" Ве-подобного иона Mg IX в плазме, нагреваемой ликосекундным лазерным импульсом. Квантовая электроника, т.20(12), 1159-1163 (1993).

21. Нильсен Дж., Пикуз С.А., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Хахалин С.Я., Хабибуллаев Б.К., Эрматов Ш.А. L-спектры ионов цинка в диапазоне длин волн 0.65-1.18 им, наблюдаемые в плазме, нагреваемой излучением Nd-лазера. Квантовая электроника т.20(12), 1164-1180 (1993).

22. Нильсен Дж., Пикуз С.А., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Хахалин С.Я. Прецизионные измерения и идентификация спектров излучения лазерной плазмы, обусловленных

переходами с дваждывозбужденных уровней натриеподобного иона селена. Измерительная техника, т.5, с.3-15 (1994).

23. Kiiakhalin S.Ya., Dyakin V.M., Faenov A.Ya., Fedorovich H., Bartnik A., Parys P., Nilsen J., Osterheld A. The didectronic satellites to the 2s-3p Ne-like krypton resonance lines. Physica Scripta, v.50, 106-109 (1994).

24. Nilsen J., Beiersdorfer P.,Elliott S.R., Phillips T.W., Bryunetkin B.A., Dyakin V.M., Pikuz T.A., Faenov A.Ya., Pikuz S.A., Loboda P.A., Lykov V.A., Politov V.Yu. Measurement of the Ly^ Mg resonance with 2s-3p Ne-like Се line. Phys.Rev.A., v.50, 2143-2149 (1994)

25. Faenov A.Ya,, Pikuz S.A., Shlyaptseva A.S. Precise mcasuiements and theoretical calculations of the He-like ion resonance line satellites radiated from Be-, B-, C-, N-, 0- and F-like ions. Physica Scripta, v.49, 41-50 (1994).

26. Хахалин СЛ., Брюнеткин Б.А., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Нильсен Дж,, Остерхельд А., Пикуз С.А. Диэлектронные сателлиты резонасных линий Ne-подобных ионов в высокотемпературной плазме ЖЭТФ, т.105(5), с.1181-1198 (1994)

27. Брюнеткин Б.А., Дякин В М., Нильсен Дж., Скобелев И.Ю., Пикуз С.А., Фаенов А.Я., Хахалин С.Я. Использование лазерной плазмы для измерения дефекта резонанса линий

< г xii " 2s "3Р Ge ХХШ Кв:штовая электроника, т.21(2), с.142-146 (1994)

28. Faenov A.Ya., Hammer D.A, Nilsen J., Osterheld A., Pikuz S.A., Pikuz T.A., Romanova V.M., Sheikovenko Т., Skobelev I.Yu. Transitions from Na-like and Mg-like Autoionizing Levels of Multicharged Molybdenum Ions in an X-pinch Plasma. Physica Scripta, v.51, 454-458 (1995).

29 Faenov A.Ya., Bryunetkin B.A., Dyakin B.M., Pikuz T.A., Skobelev I.Yu., Pikuz S.A., Nilsen J., Osterheld A.L., Safronova U.I. High resolution measurements of Mg XI and Си XX resonance and satellite transition and resonance defect in the Mg-pumped Cu X-ray scheme Phys.Rev.A. v.52, p3644(1995)

30. Faenov A.Ya., Skobelev I.Yu., Pikuz S.A., Kyraia G.A., Gobble J.A., Fulton K.D., Abdallah J Ir, Kilcrease DP. High resolution X-ray spectroscopy of silicon subpicosccond laser-produced plasma, Phys. Rev. A„ v.51(5), 3529-3533 (1995).

31. Bollanti S„ Lazzaro P.Di, Flora F., Letardi Т., Palladino L., Reale A., Batani D„ Mauri A., Scafati A., Griili A., Faenov A.Ya., Pikuz T.A., Pikuz S.A., Osterheld A. Na-like autoionization states of cooper ions in plasma heated by cxcimer laser. Physica Scripta, v.51, 326-329 (1995).

32. Khakhalin S.Ya., Dyakin V.M., Faenov A.Ya., Fiedorowicz H., Bartnik A., Parys P., Osterheld A.L., Nilsen J.. Dielcctronic 3141'Na-like satellites to Ne-like krypton resonance lines. JOSA B, vl2 (7), 1203-1210 (1995)

33 Осгсрхельд A., Mai-унов А.И., Дякин B.M., Фаенов АЯ, Пикуз Т.А., Скобелев RIO., 1 hicap'iiiK Т., Парис П., Волопский И., Маковский И., Пикуз С.А., Романова В.М., Шелконенко Т.А Прецизионные намерении длин волн lsnp 'Pi -Is2 'S« (n=6-12) линии AI

XII в спектрах излучения лазерной плазмы и плазмы Х-пиича. Квантовая электроника, т.23(4), с.359-362 (1996)

34. Osterheld A.L., Nilsen J., Khakhalin S.Ya., Faenov A.Ya., Pikuz S.A. Dielectronic satellites to ■ the Ne-like yttrium resonance lines Physica Scripta, v.54, p.240-249 (1996)

35. Брюнеткин Б.А., Калашников М.П., Никлес П.В., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Хахалин С.Я., Шнюрер М. Рентгеноспектральная диагностика плазмы, нагреваед-юн лазерными импульсами пнкосекунднои длительности Квантовая электроника, т.20(6), с.619-622 (1993)

36. Bryunctkin В.A., Faenov A.Ya., Kalashnikov M P., Nickles P.V., Schnurer M., Skobelev l.Yu., Abdallah J., Clark R.E.H. X-ray spectral investigations of a high irradiance picosecond laser produced plasma. JQSRT, v.53, Nol, 45-58 (1995).

37. Брюнеткин Б.А., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Калашников М.П., Никлес П., Шнюрер М. Аномальные интенсивности резонансных линий Ne-подобных нонов в плазме, создаваемой чазерным импульсом пикосекундной длительности Письма в ЖЭТФ, т.62 (1), с.31-34 (1995)

38. Rosmej F.B., Bryunetkin В.A., Faenov A.Ya., Skobelev l.Yu., Kalashnikov M P., Nickles P.V., Schnurer M. New Excitation channels for satellite transitions in nonstationary dense plasmas J.Phys.B.,v.29, .L299-L307 (1996)

39. Волков Г.С., Комаров C.A., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Царфин В.Я., Хахалин С Я. Рентгеноспектральная диагностика плазмы схлопывающегося быстрого лайнера. Труды ВНИИФТРИ "Спектральные методы и средства измерения параметров плазмы многозарядных ионов" М., 1988, с,43-48

40. Акимов А.Е., Баранов В.Ю., Борзенко В.Л., Козочкин С.М., Макаров К.М., Малюга Д.Д., Сатов Ю.А., Скобелев И.Ю., Соболев С.С., Стрельцов All. Фаенов А.Я. Исследование надкритической области в плазме, нагреваемой СОг лазерным излучением с помощью рентгеновской спектроскопии многозарядных ионов. Письма в ЖЭТФ, т.42 (3), с.87-89 (1985)

41. Баянов В.И., Серебряков В.А., Скобелев И.Ю., Соловьев Н.А., Фаенов А.Я., Хахалин С.Я. Рекомбиннрующая плазма, создаваемая различными гармониками Nd лазера. Квантовая электроника, т.15 (9), с.1842-1847 (1988).

42. Khakhalin S.A., Faenov A.Ya., Skobelev l.Yu., Pikuz S.A., Nilsen J., Osterheld A. The observation of the Ne-like ion resonance line satellites for CrXV ... NiXX in C02 laser-produced plasma. Physica Scripta, v.50, p.102-105 (1994).

43. Брюнеткин Б.А., Фаенов А.Я., Хахалин С.Я., Кралнкова Б., Ласка Л., Машек К., Скала 10., Ролена К., Шарков Б.Ю., Кугтенбергер А., Хазеруг X., Шервуд Т.Р. Высокоразрешающая рентгеновская спектроскопия плазмы, нагреваемой излучением мощного йодного лазера. Квантовая электроника, т.22 (2), с.205-208 (1995).

44. Dunn J., Young B.K.F., Osterheld A.L., Walling R.S., Stewart R.E., Faenov A.Ya.Spectroscopic investigations of hard X-ray emission from 100 ps laser-produced plasmas at intensities near 10"

W/cm2. Proceedings of SP1E-95, Application of Laser Plasma Radiation II, v.2523, p.254-263 (1995).

45. Бартиик А., Дякин B.M., Скобелев И.Ю., Фаенов АЯ., Федорович Г., Шурек М. Исследование взаимодействия лазерного излучения с плотной газовой мишенью.Квантовая электроника ,т.24(1), с.71-74 (1997)

46. Фаенов А.Я, Магунов А.И., Пикуз Т.А., Скобелев И.Ю., Пикуз С.А., Болланти С., Лаззаро П. Ди, Лизи Н., Флора Ф., Летарди Т., Палладино Л., Реале А., Скаффати А., Грилли А,, Батани Д., Маури А., Остерхельд А., Голдстейн Б., Котгон Р.А. Особенности нагрева плазмы коротковолновым излучением эксимерного лазера. Квантовая электроника.,т.23(8), с. 719-724 (1996)

47. Dyakin V.M., Faenov A.Ya., Magunov A.I., Makowski J., Parys P., Pikuz T.A., Pisarczyk Т., Skobelev I.Yu., Wolowski J., YVoryna E.. Investigation of ionic composition during expansion of laser-produced plasma by means of X-ray emissive spectroscopy and mass-spectroscopy methods. Physica Scripta v.52, p.201-207 (1995).

48. Дякин B.M., Магунов А.И., Пикуз T.A., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я, Воловски Е., Ворина Е'„ Парис II., Писарчик Т. Исследование ионного состава разлетающейся лазерной плазмы методами эмиссионной рентгеновской спектроскопии. Квантовая электроника, т.22 (7), с.717-721 (1995).

49. Ficdorowicz Н., Bryunetkin В.A., Faenov A.Ya., Farynski A., Miklaszewski R_, Mroczkowski M, Parys P., Pisarczyk Т., Skobelev I.Yu., Szczurek M. Effect of an external strong magnetic field on the emission charachteristic of a laser-produced plasma. Proceedings of Inst.Phys.Conf Ser. №125, Section 9, p.425-418 (1992).

50. Farynski A., Gogolewski P., Karpinski L., Kusnierz M., Makowski J., Mroczkowski M., Szczurek M., Bryunetkin B.A., Faenov A.Ya., Skobelev I.Yu. Inverse population of the liydrogetilike fluorine ion levels in a rccombining laser-produced palsma, confined in a strong magnetic field. Proceedings of 21st ECLIM, Warsaw, Poland, October 21-25, p.282-285 (1991).

51. Pisarzyk Т., Brunetkin B.A., Faenov A.Ya., Farynski F., Fiedorowicz H., Koshevoy M.O., MiUaszewski R., Mroczkowski M., OsipovM.V., Parys P., Skobelev I.Yu., Szczurek M.. Influence of an external strong magnetic field on hydrodynamic parameters and radiation emission of laser produced plasma. Physica Scripta, v.50, p.72-81, (1994).

52. Дякин B.M., Пикуз Т А , Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Воловский Дж„ Карпинский Л., Касперчук А., Писарчик Т. Формирование струп плазмы многозарядных ионов при взаимодействии лазерной плазмы с внешним импульсным магнитным полем. Квантовая электроника, т.21 (12). c.l 18(5-Г188 (1994).

53. liapiпик А, Дякин В.М., Парис П., Скобелев И. 10, Фаенов А.Я.. Федорович Г., Хахалнн С Я. Исследование источника рентгеновского излучения на основе газ-пафа, naipcnacMoro лазерным излучением Кваиювая электроника, т.22 (1), с.25 -28 (1995).

54. Брюнеткин Б.А., Карпинский Л., Мрочковский М, Скобелев И.Ю., Фаеиов А.Я., Фаринский А. Инверсия населенностей уровней водородоподобпого иона F IX в рекомбинирующей лазерной плазме, сжимаемой сильным магнитным полем. Квантовая электроника, т. 18 (8), с. 1003 -1007 (1991).

55. Фаенов АЛ., Мпнгалеев А.Р., Пикуз С.А., Пикуз Т.А., Романова В.М, Скобелев И.Ю., Шелковенко Т.А. Формирование высокоинтенснвных монохроматических коллимированных пучков мягкого рентгеновского излучения Х-иинча в диапазоне длин волн 0,4-1,0 им с помощью сферических кристаллических зеркал. Квантовая электроника, т;20 (5), с,457 -460 (1993).

56. Schnurer М., Nickles P.V., Kalashnikov М.Р., Billhardt F., Faenov A.Ya, Bryunetkin B.A.. X-ray production with ultra bright laser pulses. Proceedings of SPIE, "Applications of Laser Plasma Radiation", v.2015, p.261 -269 (1993).

57. Bollanti S„ Lazzaro P.Di, Flora F., Giordano G., Letardi T„ Schina G„ Zheng C.E., Filippi L„ "alladino L., Reale A, Taglieri G., Batani D., Mauri A., Belli M., Scafati A., Reale L., Albertano P , Griili A., Faenov A., Pikuz Т., Cotton R.A.. Long duration soft X-ray pulses by XeCI laser driven plasmas and applications. Journal of X-ray Science and Technology v.5, p.261-277 (1995).

58. Балашова Г.И., Брюнеткин Б.А., Огурцов О Ф., .Роман В.Г., Фаенов А Я. Прозрачная дифракционная решетка для спектроскопии мягкого рентгеновского излучения. Сборник трудов ВНИИФТРИ "Методы исследования радиационно-столкновительных процессов в лазерной плазме", М., 1991, с. 112 -118.

59. Бельков С.А., Брюнеткин Б.А., Жидков Н.В., Скобелев 11.10., Суслов Н.А., Фаенов А.Я. Спектрограф мягкого рентгеновского излучения на пропускающей дифракционной решетке. Квантовая электроника, т.21 (3), с.271-272 (1994).

60. Агафонов Ю.А., Брюнеткин Б.А., Ерко А.И., Мингалеев А.Р., Пикуз С.А., Романова В.М., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Шелковенко Т.А. Изображающая спектроскопия микроплазменных объектов с помощью кристалла слюды с поверхностной структурой зонной пластинки". Квантовая электроника. т,20 (2), с.201-203 (1993).

61. Erko A.I., Panchenko L.A., Pikuz S.A., Mingaleev A.R., Romanova V.M., Shelkovetiko T.A., Faenov A.Ya., Bryunetkin B.A., Pikuz T.A., Skobelev I.Yu.. Microplasma object imaging spectroscopy by using zone plate surface structure on mica crystal. Rev.Sci.Instrum. v.66 (2), p.1047-1049 (1995).

62. Pikuz S.A., Romanova V.M., Shelkovenko T.A., Hammer D.A., Faenov A.Ya., Dyakin V.M., Pikuz T.A., High-luminosity monochromatic X-ray backlighting using incoherent plasma source to study extremely dense plasmas, Proceedings of SPIE-95, San Diego, July 10-11, 1995, v.2520, p.330-341

63. Дякин B.M., Магунов А.И., Пикуз T.A., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я. Монохроматическая рентгенография разлетающейся лазерной плазмы с высоким спектральным и пространственным разрешением. Квантовая электроника ,т.24(1), с.75-78 (1997).

64. Magunov A.I., Faenov A.Ya., Skobelev I.Yu., Pikuz T.A., Batani D., Milani M., Conti A., Masini A., Turcu E., Albot R., Lisi N., Flora F., Letardi Т., Palladino L., Reale A. X-ray spectral line shapes for excimer laser- produced high density plasma diagnostics, Book of abstracts, 13th Int. Conf. on Spectral Line Shapes, Firenze, Italy, June 16-21, 1996, p.A21

65. Faenov A,Ya., Magunov A.I., Dyakin B.M.,. Pikuz T.A., Skobelev I.Yu., Vergunova G.A., Batani D., Bossi S., Bernardinello A., Flora F., Di Lazzaro P., Bollanti S., Lisi N., Letardi Т., Reale A., Palladino L., Scafati A., Reale L., Osterheld A., Goldstein W.H. Features of plasma produced by cxcimer laser at low intensities, Book of Abstracts 7th Int. Workshop on Radiative Properties of Hot Dense Matter, Santa Barbara, November 4-8, 1996, p. 14

66. Скобелев И.Ю., Фаенов Л Я. Рентгенеспектральные методы диагностики плазмы с нестационарным ионизационным состоянием. Труды ИОФАН "Взаимодействие лазерного излучения сверхвысокой интенсивности с плазмой", т.50, с.112-133 (1995).

67. Фаенов А.Я., Пальчиков В.Г., Скобелев И.Ю. Водород, водородоподобные ионы с зарядами ядер z < 50. Потенциалы ионизации, длины волн, силы осцилляторов и радиационные вероятности лапмановских переходов. Таблицы Рекомендуемых Справочных Данных N ГСССД Р400-91 от 10.06.1991.

68. Магунов А.И., Дякин В.М., Пикуз Т.А., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Остерхельд А., Голдстейн Б., Флора Ф., Лаззаро П.Ди, Болланти С., Лизи Н., Летарди Т., Реале А., Палладино Л., Батани Д., Маурн А., Скафати А., Реале Л. Прецизионные измерения энергии ионизации основного состояния и длин волн спектральных линий nl-21' (п = 4-15) Ne-подобного иона Ni XIX. ЖЭТФ, т. 110(8), с.499-509 (1996)

69. Бугаев В.Ю., Пальчиков В.Г., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я. Автоматизированная база данных "Спектр" о спектрах многозарядных ионов Сб. трудов ВНИИФТРИ "Спектроскопические методы и средства измерения параметров многозарядных ионов".М., 1988, с.4 -19.

70. Амиров P.P., Бугаев В.Ю., Пальчиков В.Г., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я. База данных "Спектр" об атомных характеристиках многозарядных ионов. Сб. трудов ВНИИФТРИ "Методы исследования оптических свойств высокотемпературной плазмы". М., 1989 с.4 -18.

71. Амиров P.P., Бугаев В.Ю., Пальчиков В.Г., Пивоварова НИ., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я. Фактографический банк данных "Спектр-2" по атомным характеристикам многозар.ндных ионов. Тезисы докладов "Всесоюзного совещания в области научно-технического информации по проблемам создания и использования фактографической базы данных, Москва, 19-21 декабря 1989, с. 129-131.

72. Bugaev V.Yu., Faenov A.Ya., Pal'chikov V.G., Skobelev I.Yu. Summary Report IAEA constants meeting: 9th meeting of atomic and molecular data centers and Aladdin network. Vienna, September 20 and 21, 1990, p.62-73.

73. Бугаев В.Ю., Пальчиков В.Г., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я. Автоматизированный банк справочных данных "Спектр" по атомным константам многозарядных ионов, Информационный бюллетень Государственной службы стандартных справочных данных. М., Изд. Стандартов. Выпуск 20, с.7-8 (1989).

74. Амиров P.P., Бугаев В.Ю., Пальчиков В.Г., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я. Перспективы развития автоматизированного банка данных "Спектр-2" по атомным характеристикам многозарядных ионов. Тезисы докладов "Семинара по атомной спектроскопии". Ростов-Великий, 22:26 октября 1990, с.14-15.

75. Амиров P.P., Бугаев В.Ю., Пальчиков В.Г., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Информационное обеспечение науки и техники в области атомной спектроскопии. Сб. трудов ВНШ1ФТРИ "Исследования в области общей и квантовой метрологии", М., 1991, с.93-100.

76. Бугаев В.Ю., Фаенов А.Я. Банк данных по атомной спектроскопии многозарядных ионов на персональной ЭВМ. Тезисы докладов Научно-практической конференции с международным участием "Проблемы информатики" 11-18 мая 1991, Самара, с.44-45.

77. Bugaev V.Yu., Skobelev I.Yu. Faenov A.Ya. Factographic database "SPECTR-M" on spectroscopics characteristics of atoms and ions. The 10th Interantional Colloquium on "UV and X-ray spectroscopy of astrophysica and laboratory plasmas", Berkley, 3-5 February, 1992, p.39.

78. Osterheld A.L., Dunn J, Young B.K.F., Libby S B , Szoke A., Walling R.S., Goldstein W.H., Stewart R.E., Faenov A.Ya., Skobelev I.Yu., Khakhalin S.Ya. Na-like autoionizing levels: Plasma diagnostics and prospects for photopumped soft-x-ray lasers. Preprint UCRL-JC-117928, August 1994, Livermore.

79. Faenov A.Ya., Pikuz T.A., Firsov A.A., Panchenko L.A., Koval Yu.I., Fraenkel M., Zigler Arie. Spectrally resolved image of 120 fs laser-produced plasma. Physica Scripta, v.55, p. 167-169 (1997)

80. Фаенов А.Я. Анализ погрешностей при измерениях длин волн рентгеновских спектральных линий многозарядных ионов в плотной высокотемпературной плазме-. Измерительная техника, N10.C.59-63 (1996)

81. Фаенов А.Я. Рентгеноспетральные методы измерений параметров высокотемпературной плазмы. Измерительная техника, N1, с,64-68 (1997)

82. Faenov A.Ya., Pikuz Т.А., Firsov A.A., Panchenko L.A., Koval Yu.I., Fraenkel M., Zigler A. Spectrally resolved image of 120 fs laser-produced plasma, obtained by linear zone plate surface structure on mica crystall, Book of Abstracts 5th International Conference on X-ray Microscopy and Spectromicroscopy, Wurzburg, Germany, August 19-23,1996, p.036

83. Skobelev I.Yu., Faenov A.Y1, Dyakin V.M.,FiedoroviczH., Bartnik M., Beiersdorfer P., Nilsen J., Osterheld A. High resolution wavelengths measurements, line identificationandspectral modeling of the kp spectrum of He-like argon emitted by gas-puff laser-produced plasma, Book of Absracts 8th Int. Conf. on Physics of Highly Charged Ions, Omiya, Japan, September 23-26, 1996, p.50

84. Osterheld A.L., Magunov A.I., Dyakin V.M., Faenov A.Ya., Pikuz T.A., Skobelev I.Yu., Pisarczyk Т., Parys P., Wolowski J., Makowskif., PikuzS.A., Romanova V.M., Shelkovenko T.A. Measurements of the ground-stale ionization energy and wavelengths for the Is2 'So- lsnp 'p| (n=6-12) lines cf A1XII. Phys.Rev.A., v.54 (5), 3971-3976 (1996).