Способ исследования лазерной плазмы

 

СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ, заключающийся в ударной ионизации атомов электронным пучком и регистрации образующихся ионов, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей анализа нейтральной компоненты за счет повьппения эффективности ионизации, пучок образуют из собственных электронов лазерной -3 плазмы концентрации 10 - 10 см путем разрыва плазмы, вьщеления и ускорения электронов до энергий ионизации. .

СОЮЗ СоаЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU<» 12 460

4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3601489/24-25 (22) 31.05.83 (46) 30.05.85. Бюл. В 20 (72) IO.А. Быковский, В.Е. Миронов, В.П. Саранцев, С.M. Сильнов, Е.А. Сотниченко и Б.А. Шестаков (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-физический институт (53) 533.9(088.8) (56) 1. Ахсахалян А.д. и др. Характернстики эррозионной лазерной плазмы на стадий инерциального разлета.

Журнал технической физики, т. 52, У 8, с. 1.584, 1982.

2. Энергетическое распределение нейтральных компонент селенида кадмия, испаряемых под действием лазерного излучения. Журнал техничес-. кой физики, т. 51, В 8, с. 1690, 1981. (54) (57) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ, заключающийся в ударной ионизации атомов электронным пучком и регистрации образующихся ионов, о т л и ч а ю щ и и с. я тем, что, с целью расширения возможностей анализа нейтральной компоненты за счет повышения эффективности ионизации, пучок образуют из собственных электронов лазерной плазмы концентрации 10 — 10 см о аа -э путем разрыва плазмы, выделения и ускорения электронов до энергий ионизации.

1127460

10!

30

Изобретение относится к физик плазмы и может быть применено на. установках. на которых исследуется взаимодействие лазерного излучения с веществом.

При относительно умеренных интенсивностях лазерного излучения продукты разлета плазменного факела будут содержать большую долю нейтральных частиц. Присутствие нейтральных атомов может быть обнаружено, в частности, путем их ионизации электронным ударом и последующего анализа на масс-спектрометре, Известен способ измерения энергетического спектра нейтральных частиц с помощью механической развертки во времени потока испаренного вещества. Поток плазмы, расширяющийся с поверхности мишени, диафрагмировался и попадал на вращающийся лавсановый диск, что позволяло иметь его временную развертку F13.

Однако известный способ имееч ряд недостатков. Достоверно измеряют лишь низкоэнергетическую часть спектра, есть трудности в определении абсолютных значений концентраций, известный способ не позволяет измерить целый ряд энергетических и угловых характеристик, например изучить динамику формирования угловых и энергетических спектров нейтральных атомов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ исследования лазерной плазмы, заключающийся в ударной ионизации атомов электронным пучком и регистрации образовавшихся ионов f2 )

Основной недостаток такого способа состоит в том, что эффективность. ионизации мала. Причина этого в . быстром прохождении нейтральными атомами области ионизации (со скоростями 10 — 10 см/с), поэтому мало время взаимодействия с электронами {порядка 1 мкс) и мала область ионизации, Недостатком является также то, что исследуются нейтральные атомы,. образующиеся только в режиме неразрушающегося лазерного испарения материала (1,4 *10 Вт/см ).

Целью изобретения является расширение возможности анализа нейтральной компоненты лазерной плазмы

2 за счет повышения эффективности ионизации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе исследования лазерной плазмы, заключающемся в ударной ионизации атомов электронным пучком и регистрации образующихся ионов, пучок образуют из собственных электроноь лазерной плазмы концентрации 10 " — 10" см путем разрыва плазмы, выделения и ускорения электронов до энергии ионизации;

Для ударной ионизации нейтральной компоненты используют собственные электроны лазерной плазмы, которые имеют большие концентрации, а ионизация идет по пути разлета нейтральных атомов, что увеличивает время ионизации. Даже при относительно умеренных мощностях лазерного излучения с облучаемого пятна можно снимать большие токи (в особенности большие плотности тока).

Однако известно, что энергии направленного движения электронов, в диапазоне плотностей ла,зерного излучения q, 10 — 5-10 Вт/см составляют 10 — 10 эВ, что явно недостаточно для ионизации нейтральных aroMoa, причем плазма сохраняет квазинейтральность. Поэтому для того, чтобы электроны приобрели необходимую для ионизации энергию, нужно разрушить плазму и ускорить электроны, Экспериментально показано, что при работе лазера

8 режиме модулированной добротности с энергией E = 0,01-0,03 Дж с длительностью импульса 15 нс, с фокусировкой излучения до

2 10 см, при плотности мощности на мишени q, 10 — 10 Вт/см образуется плазменный факел, содержащий нейтральные атомы, которые составляют до 90% частиц в продуктах разлета в количестве и 10 ато16 мов, а количество электронов достигает Ng - 10 . Выделенные из лазер15 ной плазмы и ускоренные электроны приобретают энергию, необходимую для эффективной ионизации (50100 Зв), "прошивают" поток нейтральных атомов по пути разлета. Большие плотности нейтральной и электронной компонент, а также относительно большое по сравнению с прототипом

Составитель

Техред М.Надь

Редактор Е. Месропова

Корректор Г. Решетник

Заказ 2921/6 Тираж 679

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.. Проектная, 4 з 11 время взаимодействия обуславливают эффективную ионизацию.

Принципиальным отличием предлагае мого способа исследования лазерной плазмы является повышение эффективности ионизации нейтральной компоненты, по крайней мере, на два-три порядка по сравнению с прототипом, а также проведение анализа нейтральных атомов не только в режиме лазерного испарения материала, но и в режимах образования лазерной плазмы.

Пример. Экспериментально показано, что предлагаемый способ позволяет определить, например, для

10 Вт/см и при и - 10 см следующие параметры потока атомов в зависимости от материала мишени:

Й„ 10 — 10 ат/см, длительность пакетов . 10-50 мкс, скорость

Ч„ (1-5) -10 см/с, концентрация

<о 11 -Э атомов в струе и 10 — 10"" см

Для свинца это соответствует Й,<

1 -10 ат/см, длительность сгуст11 г ка 20 мкс, скорость ч 5 -10 см/с, концентрация и 5 -10 " см . Максимумы энергетических спектров ле27460 4 жат в диапазоне нескольких десятков

-4 эВ. Эффективность ионизации,10

На чертеже показано устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит лазер 1, фокусирующий объектив 2, облучаемую мишень 3, ионизатор, состоящий из двух сеточных электродов, сеточный, 1О имеющий размер ячейки меньше радиуса Дебая и находящийся под земляным потенциалом электрод 4 и ускоряющий сеточный электрод 5, а также масс-спектрометрический тракт 6.

Использование способа исследования ла ерной плазмы обеспечивает расширение возможности измерения различных энергетических и угловых характеристик нейтральной компоненты лазерной плазмы, позволяет изучить динамику формирования спектров нейтральных атомов, дает возможность проводить исследования нейтральной компоненты не только в режимах лазерного испарения материала, но и в режимах образования лазерной плазмы..