Способ лазерного нагрева плазмы

 

Изобретение относится к взаимодействию лазерного излучения с веществом, более конкретно к нагреву плазмы лазерным излучением, в том числе в исследованиях по лазерному термоядерному синтезу. Технический результат изобретения состоит в увеличении доли лазерного излучения, поглощаемого плазмой. Способ лазерного нагрева плазмы включает создание лазерного луча с радиальным направлением поляризации, при котором плоскость колебаний вектора электрического поля в любой точке поперечного сечения луча проходит через ось луча, и фокусировку этого луча на плазменную мишень, при этом для лазерного нагрева плазмы создают луч с радиальным направлением поляризации. Резонансное поглощение на плазменной мишени при радиально поляризованном излучении увеличивается по меньшей мере в два раза по сравнению со случаями, когда лазерный пучок имеет однородную линейную поляризацию. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области взаимодействия лазерного излучения с веществом, более конкретно к нагреву плазмы лазерным излучением, в том числе в исследованиях по лазерному термоядерному синтезу.

Известен способ лазерного нагрева плазмы, образованной при облучении мишени [1, 2] (прототип). Поляризация пучка линейная [3]. Одним из основных механизмов поглощения энергии в этом случае является резонансное поглощение излучения на неоднородной плазменной мишени. В случае резонансного поглощения в отличие от обратно тормозного поглощения в плазме нет ограничений на максимальную температуру, достижимую в результате лазерного нагрева плазмы. Коэффициент резонансного поглощения зависит от угла между волновым вектором и градиентом концентрации плазмы, а также от ориентации вектора электрического поля E по отношению к плоскости падения. Если вектор E лежит в плоскости падения, резонансное поглощение максимально. Если E перпендикулярен плоскости падения, то резонансное поглощение отсутствует [2].

Недостатком такого способа является то, что доля излучения, поглощенная плазмой, оказывается небольшой. Форма плазменной мишени обычно близка к сферической. При линейной поляризации излучения в некоторых зонах электрический вектор световой волны лежит в плоскости падения луча на плазменную мишень и поглощение максимально, однако в других, где электрический вектор световой волны перпендикулярен плоскости падения луча на плазму, поглощение минимально.

Техническая задача изобретения состоит в увеличении доли лазерного излучения, поглощаемого плазмой.

Указанная задача достигается тем, что создают лазерный луч с радиальным направлением поляризации, при котором плоскость колебаний вектора электрического поля в любой точке поперечного сечения луча проходит через ось луча, и направляют его на плазменную мишень.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Создают лазерный пучок с радиальным направлением поляризации в поперечном сечении (фиг. 1). Такой пучок с радиусом поперечного сечения R₀ направляют на плазменную мишень радиусом R_м (фиг. 2). В каждой точке взаимодействия излучения с поверхностью мишени электрический вектор световой волны лежит в плоскости падения световой волны на мишень, таким образом реализуется оптимальное распределение поляризации, при котором коэффициент резонансного поглощения излучения в плазме максимален. Резонансное поглощение происходит в слое с критической плотностью плазмы.

Результаты расчета эффективности резонансного поглощения для пучков с одинаковой энергией и разным состоянием поляризации представлены на фиг. 3, на которой показана зависимость доли поглощенной энергии лазерного излучения, падающего на сферическую плазменную мишень, от поперечного размера пучка R₀ (кривая 1 - мода TEM_01*, радиальная поляризация; кривые 2 и 3 - моды TEM_01* и TEM₀₀, однородная линейная поляризация). Резонансное поглощение на мишени при радиально поляризованном излучении увеличивается по меньшей мере в два раза по сравнению со случаями, когда лазерный пучок имеет однородную линейную поляризацию.

Источники информации 1. Физическая энциклопедия. Под ред. А.М. Прохорова. М.: Сов. Энциклопедия. 1990, т. 2, с. 562.

2. Дж. Дюдерштадт, Г. Мозес. Инерциальный термоядерный синтез. М.: Энергоатомиздат, 1994, с. 127.

3. Н. Г. Басов, Ю. А. Михайлов, Г.В. Склизков, С.И. Федотов. Лазерные термоядерные установки. Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ, 1984 г. Сер. Радиотехника, т. 25, ч. 1, с. 117.

Формула изобретения

Способ лазерного нагрева плазмы, при котором на плазму направляют линейно поляризованный луч, отличающийся тем, что создают лазерный луч с радиальным направлением поляризации, при котором плоскость колебаний вектора электрического поля в любой точке поперечного сечения луча проходит через ось луча.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3