Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ЛА́ЗЕРНАЯ ПЛА́ЗМА

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 16. Москва, 2010, стр. 596

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: С. Ю. Гуськов, В. Б. Розанов

ЛА́ЗЕРНАЯ ПЛА́ЗМА, плаз­ма, об­ра­зую­щая­ся при ио­ни­зую­щем воз­дей­ст­вии мощ­но­го ла­зер­но­го из­лу­че­ния на ве­ще­ст­во. Напр., Л. п. воз­ни­ка­ет при оп­ти­че­ском про­бое в га­зо­вых сре­дах, об­лу­че­нии ла­зе­ром по­верх­но­сти твёр­до­го те­ла, в ла­зер­ных тер­мо­ядер­ных ми­ше­нях.

Для Л. п. ха­рак­тер­ны силь­ное взаи­мо­дей­ст­вие элек­тро­нов с элек­тро­маг­нит­ным по­лем ла­зер­но­го из­лу­че­ния, что при­во­дит к эф­фек­тив­но­му по­гло­ще­нию из­лу­че­ния; зна­чи­тель­ная про­стран­ст­вен­ная не­од­но­род­ность темп-ры и плот­но­сти; пе­ре­нос энер­гии соб­ст­вен­ным из­лу­че­ни­ем плаз­мы, элек­тро­на­ми и удар­ны­ми вол­на­ми из зо­ны по­гло­ще­ния в плот­ные об­лас­ти ве­ще­ст­ва; ис­пус­ка­ние те­п­ло­во­го из­лу­че­ния в ши­ро­ком спек­траль­ном диа­па­зо­не. Л. п. мо­жет су­ще­ст­во­вать в ши­ро­ком диа­па­зо­не тем­пе­ра­тур – от 1 эВ до 104 эВ (104–108 К), ско­ро­стей дви­же­ния – до 108 см/с; дав­ле­ний – бо­лее 1011 Па; вре­мя жиз­ни Л. п. оп­ре­де­ля­ет­ся дли­тель­но­стью воз­дей­ст­вую­ще­го ла­зер­но­го им­пуль­са и вре­ме­нем раз­лё­та ве­ще­ст­ва.

Во всех раз­но­вид­но­стях Л. п. на­чаль­ная ста­дия её об­ра­зо­ва­ния свя­за­на с оп­тич. про­бо­ем, воз­ни­каю­щим или в ре­зуль­та­те ио­ни­за­ции элек­трон­ным уда­ром с по­сле­дую­щим об­ра­зо­ва­ни­ем ла­ви­ны элек­трон­ной, или в ре­зуль­та­те мно­го­фо­тон­ной ио­ни­за­ции. Как пра­ви­ло, пер­вый ме­ха­низм вно­сит боль­ший вклад в про­цесс ио­ни­за­ции. Вклад мно­го­фо­тон­ной ио­ни­за­ции уве­ли­чи­ва­ет­ся с рос­том ин­тен­сив­но­сти ла­зер­но­го из­лу­че­ния и с умень­ше­ни­ем плот­но­сти ве­щест­ва. В Л. п. на­блю­да­лись ио­ны с очень вы­со­кой крат­но­стью ио­ни­за­ции (вплоть до 40–50).

В Л. п. экс­пе­ри­мен­таль­но на­блю­да­ют­ся са­мо­фо­ку­си­ров­ка ла­зер­но­го лу­ча (умень­ше­ние его диа­мет­ра при рас­про­стра­не­нии в не­од­но­род­ной плаз­ме) и фи­ла­мен­та­ция (спон­тан­ное воз­ник­но­ве­ние и рост мел­ко­мас­штаб­ных не­од­но­род­но­стей по­ля при пер­во­на­чаль­но од­но­род­ном вол­но­вом фрон­те). При­чи­на этих эф­фек­тов – дав­ле­ние элек­тро­маг­нит­но­го по­ля ла­зер­но­го из­лу­че­ния или не­од­но­род­ный на­грев плаз­мы, ло­каль­но из­ме­няю­щие её плот­ность и ко­эф. пре­лом­ле­ния и, сле­до­ва­тель­но, влияю­щие на рас­про­стра­не­ние ла­зер­но­го из­лу­че­ния.

Воз­дей­ст­вие мощ­ной све­то­вой вол­ны на Л. п. при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию плаз­мен­ных волн (ко­ле­ба­ний элек­трон­ной и ион­ной плот­но­стей), ко­то­рые взаи­мо­дей­ст­ву­ют с пер­вич­ной и рас­се­ян­ной све­то­вы­ми вол­на­ми. В ре­зуль­та­те об­ра­зу­ют­ся элек­тро­маг­нит­ные вол­ны с час­то­той, крат­ной час­то­те па­даю­щей све­то­вой вол­ны (т. н. гар­мо­ни­ки). Ве­ро­ят­ность ге­не­ра­ции вы­со­ких гар­мо­ник уве­ли­чи­ва­ет­ся с уве­ли­че­ни­ем ин­тен­сив­но­сти ла­зер­но­го из­лу­че­ния. При ин­тен­сив­но­стях 1020– 1021 Вт/см2 экс­пе­ри­мен­таль­но за­ре­ги­ст­ри­ро­ва­ны гар­мо­ни­ки до но­ме­ра 3200. Энер­гия кван­тов из­лу­че­ния наи­бо­лее вы­со­ких гар­мо­ник дос­ти­га­ет 3800 эВ при энер­гии кван­та ла­зер­но­го из­лу­че­ния 1,18 эВ (для из­лу­че­ния ла­зе­ра на не­оди­мо­вом стек­ле).

При вы­со­ких ин­тен­сив­но­стях ла­зер­но­го из­лу­че­ния, пре­вы­шаю­щих 1014– 1015 Вт/см2, рас­пре­де­ле­ния элек­тро­нов и ио­нов в Л. п. не­рав­но­вес­ны – в ней на­блю­да­ют­ся над­те­п­ло­вые (бы­ст­рые) элек­тро­ны и ио­ны. Ге­не­ра­ция бы­ст­рых элек­тро­нов свя­за­на с ре­зо­нанс­ным воз­рас­та­ни­ем элек­трич. по­ля в об­лас­ти по­гло­ще­ния и ус­ко­ре­ни­ем элек­тро­нов этим по­лем. В свою оче­редь, элек­трич. по­ле бы­ст­рых элек­тро­нов при­во­дит к ус­ко­ре­нию ио­нов. Чис­ло бы­ст­рых элек­тро­нов и ио­нов и их энер­гия рас­тут с рос­том ин­тен­сив­но­сти и дли­ны вол­ны ла­зер­но­го из­лу­че­ния. В совр. экс­пе­ри­мен­тах при ин­тен­сив­но­сти 1020–1021 Вт/см2 энер­гия бы­ст­рых элек­тро­нов и ио­нов дос­ти­га­ет не­сколь­ких со­тен МэВ.

Темп-ра Л. п. рас­тёт с уве­ли­че­ни­ем ин­тен­сив­но­сти ла­зер­но­го из­лу­че­ния. При совр. уров­не ла­зер­ной тех­ни­ки от­но­си­тель­но лег­ко дос­ти­га­ет­ся темп-ра в неск. кэВ (107–108 К), дос­та­точ­ная для про­те­ка­ния тер­мо­ядер­ной ре­ак­ции. Впер­вые тер­мо­ядер­ная ре­ак­ция, ини­ции­ро­ван­ная лу­чом ла­зе­ра, осу­ще­ст­в­ле­на в 1968 в Фи­зич. ин-те им. П. Н. Ле­бе­де­ва АН СССР. При столь вы­со­ких тем­пе­ра­ту­рах Л. п. пред­став­ля­ет со­бой мощ­ный ис­точ­ник жё­ст­ко­го рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния. В это из­лу­че­ние мо­жет быть пре­об­ра­зо­ва­но до 60% энер­гии ла­зер­но­го им­пуль­са. Эф­фек­тив­ность ис­пус­ка­ния воз­рас­та­ет с уве­ли­че­ни­ем атом­но­го но­ме­ра ио­нов плаз­мы.

В Л. п. экс­пе­ри­мен­таль­но об­на­ру­же­ны сверх­силь­ные маг­нит­ные по­ля (с маг­нит­ной ин­дук­ци­ей до 102–103 Тл). Ге­не­ра­ция маг­нит­ных по­лей в Л. п. свя­за­на с воз­ник­но­ве­ни­ем замк­ну­тых тер­мо­элек­трич. то­ков (тер­мо­эдс), при­чи­ной по­яв­ле­ния ко­то­рых яв­ля­ет­ся не­сов­па­де­ние на­прав­ле­ний из­ме­не­ния темп-ры и плот­но­сти элек­тро­нов плаз­мы.

Од­но из осн. при­ло­же­ний Л. п. свя­зано с ис­сле­до­ва­ния­ми в об­лас­ти ла­зер­но­го тер­мо­ядер­но­го син­те­за и ос­но­ва­но на воз­мож­но­сти соз­да­ния в Л. п. вы­со­ких тем­пе­ра­тур и дав­ле­ний. Л. п. при­ме­ня­ет­ся так­же в ка­че­ст­ве мощ­но­го, прак­ти­че­ски то­чеч­но­го рент­ге­нов­ско­го ис­точ­ни­ка для ди­аг­но­сти­ки (в фи­зич. экс­пе­ри­мен­тах), рент­ге­но­гра­фии и т. п.; как ис­точ­ник для по­лу­че­ния мно­го­за­ряд­ных ио­нов и даль­ней­ше­го их ус­ко­ре­ния в ус­ко­ри­те­лях за­ря­жен­ных час­тиц. Л. п. ис­поль­зу­ет­ся так­же в ка­че­ст­ве пер­вич­ной плаз­мы для за­пол­не­ния ус­та­нов­ки в ис­сле­до­ва­ни­ях по маг­нит­но­му управ­ляе­мо­му тер­мо­ядер­но­му син­те­зу и в плаз­мо­хи­мич. ус­та­нов­ках, а также в ус­та­нов­ках, про­из­во­дя­щих на­но­раз­мер­ные и на­но­ст­рук­тур­ные ма­те­риа­лы и об­раз­цы.

Лит.: Рай­зер Ю. П. Ла­зер­ная ис­кра и рас­пре­де­ле­ние раз­ря­дов. М., 1974; Взаи­мо­дей­ст­вие мощ­но­го ла­зер­но­го из­лу­че­ния с плаз­мой. М., 1978; Ла­зер­ная плаз­ма. Фи­зи­ка и при­ме­не­ния. М., 2003.

Вернуться к началу