Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Одним из немногих способов диагностики лазерной плазмы кластерных мишеней (ЛПКМ) является рентгеновская спектроскопия, которая при использовании высокоразрешающих спектрометров с пространственным разрешением дает возможность измерения параметров в различных пространственных областях плазменного объекта. Обычно для диагностики лазерной плазмы твердотельных мишеней использовались К-спектры многозарядных ионов (спектры, обусловленные переходами оптического электрона в К-оболочку иона), которые наиболее детально исследованы, обладают достаточно простой структурой для их уверенной идентификации, и для которых имеются наиболее надежные данные по вероятностям и скоростям элементарных процессов. В тех случаях, когда исследовалась плазма тяжелых элементов, и К-ионы в ней не образовывались по причине недостаточной температуры, всегда можно было добавить более легкую диагностическую примесь, и проводить диагностику по К-спектрам примеси. Следует заметить, что добавление любой примеси к твердотельной мишени может существенно менять свойства сплава, поэтому оправданным будет добавление примеси только в очень малом количестве. Еще менее обоснованным такой подход будет в случае применения кластерных мишеней, поскольку использование смесей газов может существенно изменить свойства кластерной мишени, такие, как размер кластера, доля кластеризованных атомов, концентрация кластеров, а, следовательно, в этом случае по спектрам примеси будет осуществляться диагностика совсем другого объекта. Таким образом, надежнее всего строить рентгеноспектральную диагностику на спектрах, излучаемых самим рабочим газом. В настоящей работе развит рентгеноспектральный метод, использующий резонансные спектральные линии Ne-подобных ионов Kr XXVII криптона и их диэлектронные сателлиты, обусловленные переходами в Na- и Mg-подобных ионах Kr XXVI и KrXXV . Показано, что предлагаемая методика позволяет определять ионную плотность плазмы в диапазоне 1E17–1E21 см-3 и электронную температуру в диапазоне 200–1000 эВ. Отметим, что в этот диапазон попадают области, которые интересны как с точки зрения задачи изучения влияния плазменного окружения на скорости возбуждения ядер криптона, так и задачи создания рентгеновского источника для рентгенолитографии и микрорентгенографии. Обстоятельством, обычно усложняющим спектральную диагностику, является существенная оптическая толщина плазмы, которая вносит ограничение на размер диагностируемого плазменного объекта. Однако, если различные области плазменного объекта движутся со значительными скоростями в разные стороны, то благодаря эффекту допплера фотон, излученный в одной пространственной области, в другой области поглотиться не может. Т.е. в этом случае должен наблюдаться эффект просветления плазмы. Взрывающийся кластер является именно таким плазменным объектом. Мы исследовали эффект просветления теоретически, и экспериментально его промоделировали с помощью двухстороннего лазерного нагрева тонкой металлической фольги. В настоящее время для получения ядерного изомера 83mKr обычно используют облучение криптона пучком ускоренных протонов. В результате ядерной реакции образуется радиоактивный изотоп рубидий-83, который имеет период полураспада около 86 дней и распадается посредством электронного захвата в рассматриваемый ядерный изомер криптона. В данном проекте мы рассматриваем альтернативный вариант получения этого изомера: при взаимодействии лазерного импульса релятивисткой интенсивности с газово-кластерной струей криптона. Очевидно, что эффективность генерации изомера будет зависеть от разных параметров лазерно-кластерного взаимодействия, и, в первую очередь, от лазерной интенсивности и размеров кластеров. Для изучения динамики разлета криптонового кластера в зависимости от лазерной интенсивности были проведены расчеты методом частица-в-ячейке (PIC) в 3D геометрии. Использовался PIC-код EPOCH с включенными модулями полевой и столкновительной ионизации. Расчеты проводились с лазерными интенсивностями в диапазоне (1018 - 1020) Вт/см2. Используя результаты PIC-расчета и рассчитанные сечения возбуждения ядерных переходов было определено число изомеров, получаемое при облучении одного кластера интенсивным фемтосекундным лазерным импульсом. Оказалось, что временная зависимость вероятности генерации изомеров имеет колоколообразный вид – резкий рост через несколько фемтосекунд после прихода лазерного импульса на кластер, максимум в диапазоне ~30-70 фемтосекунд, а затем плавный спад с выходом на плато. Расчеты показали, что для всех рассматриваемых лазерных интенсивностей главный вклад в генерацию изомеров криптона дает прохождение по газовой среде сгенерированных лазерным излучением электронов с энергией >500 кэВ. Результаты расчетов были верифицированы сравнением с экспериментом, выполненным ранее китайским партнером. Была проведена адаптация и дооснащение рентгеновского диагностического оборудования под условия совместного эксперимента и сопряжения российских рентгеновских спектрометров с детекторами излучения, предоставляемыми китайской стороной. Это позволило уже в первых экспериментах зарегистрировать спектры Ne-подобных ионов криптона, вместе с их сателлитными структурами. Эксперименты подтвердили правильность выбора оптимизированной схемы регистрации спектрально-селектированного рентгеновского излучения и продемонстрировали адекватность сделанных расчетов эффективности ее работы.