SU1127460A1 - Способ исследовани лазерной плазмы - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ, заключающийс  в ударной ионизации атомов электронным пучком и регистрации образующихс  ионов, отличающийс  тем, что, с целью расширени  возможностей анализа нейтральной компоненты за счет повьппени  эффективности ионизации, пучок образуют из собственных электронов лазерной -3 плазмы концентрации 10 - 10 см путем разрыва плазмы, вьщелени  и ускорени  электронов до энергий ионизации. .

Description

1 Изобретение относитс  к физике плазмь и может быть применено на установках на которых исследуетс  взаимодействие лазерного излучени  с веществом. При относительно умеренных интенсивност х лазерного излучени  продукты разлета плазменного факела будут содержать большую долю нейтральных частиц. Присутствие нейтральных атомов может быть обна ружено, в частности, путем их иони зации электронным ударом и последу щего анализа на масс-спектрометре. Известен способ измерени  энергетического спектра нейтральных частиц с помощью механической развертки во времени потока испаренного вещества. Поток плазмы, расшир ю цийс  с поверхности JИшeни, диафрагмировалс  и попадал на вращающийс  лавсановый диск, что позвол ло иметь его временную разверт ку гп. Однако известный способ имеет р д недостатков. Достоверно измер ют лишь низкоэнергетическую част спектра, есть трудности в определении абсолютных значений концентраций , известный способ не позвол  еТ измерить целый р д энергетических и угловых характеристик, напри мер изучить динамику формировани  угловых и энергетических спектров нейтральных атомов. Наиболее близким техническим ре шением к предлагаемому  вл етс  способ исследовани  лазерной плазмы , заключающийс  в ударной иониза ции атомов электронным пучком и регистрации образовавшихс  ионов Основной недостаток, такого спос ба состоит в том, что эффективност ионизации мала. Причина этого в быстром прохождении нейтральными атомами области ионизации (со скорост ми л-Ю - Ю см/с), поэтому мало врем  взаимодействи  с электронами (пор дка 1 мкс) и мала область ионизации. Недостатком  в .л етс  также то, что исследуютс  нейтральные атомы,, образующиес  только в режиме неразрушающегос  лазерного испарени  материала 41, Вт/см). Целью изобретени   вл етс  расширение возможности анализа нейтральной компоненты лазерной плазмы за счет повышени  эффективности ионизации . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе исследовани  .лазерной плазмы, заключающемс  в ударной ионизации атомов электронным пучком и регистрации образующихс  ионов, пучок образуют из собственных электронов лазерной плазмы концентрации -10 - 10 см путем разрыва плазмы, вьщелени  и ускорени  электронов до энергии ионизации . ударной ионизации нейтральной компоненты используют собственные электроны лазерной плазмы, которые имеют большие концентрации, а ионизаци  идет по пути разлета нейтральных атомов, что увеличивает врем  ионизации. Даже при относительно умеренных мощност х лазерного Излучени  с облучаемого п тна можно снимать большие токи (в особенности большие плотности тока). Однако известно, что энергии направленного движени  электронов , в диапазоне плотностей лазерного излучени   - 10 - 5-10 Вт/см составл ют -10 эВ, что  вно недостаточно дл  ионизации нейтральных атомов, причем плазма сохран ет квазинейтральность. Поэтому дл  того, чтобы электроны приобрели необходимую дл  ионизации энергию, нужно разрушить плазму и ускорить электроны. Экспериментально показано, что при работе лазера б режиме модулированной добротности с энергией Е 0,01-0,03 Дж с длительностью импульса 15 не, с фокусировкой излучени  до 2-10 см, при плотности мощности на мишени c{, - 10 Вт/см образуетс  плазменный факел, содеращий нейтральные атомы, которые составл ют до 90% частиц в продуктах азлета в количестве атоов , а количество электронов достигает . Вьщеленные из лазерной плазмы и ускоренные электроны риобретают энергию, необходимую л  эффективной ионизации (50100 Эв), прошивают поток нейтральых атомов по пути разлета. Большие лотности нейтральной и электроной компонент, а также относительно ольшое по сравнению с прототипом врем  взаимодействи  обуславливают эффективную ионизацию. Принципиальным отличием предлага мого способа исследовани  лазерной плазмы  вл етс  повьшение эффективности ионизации нейтральной компоненты , по крайней мере, на два-три пор дка по сравнению с прототипом, а также проведение анализа нейтраль ных атомов не только в режиме лазер ного испарени  материала, но и в режимах образовани  лазерной плазмы . Пример. Экспериментально по казано, что предлагаемый способ поз вол ет определить, например, дл  V г 10 Вт/см и при Ng-IO см следующие параметры потока атомов в зависимости от материала мишени: N-.-10 - 10 ат/см, длительност С 10-50 МКС, скорость пакетов и -(1-5) -10 см/с, V концентраци  10 - сматомов в струе г NO,Дл  свинца это соответствует -1 -Ю ат/с ;м , длительность сгустка 20 МКС, скорость Voc концентраци  5-Ю см . Мак симумы энергетических спектров лежат в диапазоне нескольких дес тков эВ. Эффективность ионизации .10 На чертеже показано устройство дл  реализации Предлагаемого способа . Устройство содержит лазер 1, фокусирующий объектив 2, облучаемую мишень 3, ионизатор, состо щий из двух сеточных электродов, сеточный, имеющий размер  чейки меньше радиуса Деба  и наход щийс  под земл ным потенциалом электрод 4 и ускор ющий сеточный электрод 5, а также масс-спектрометрический тракт 6. Использование способа исследовани  ла-зерной плазмы обеспечивает расширение возможности измерени  различных энергетических и угловых характеристик нейтральной компоненты лазерной плазмы, позвол ет изучить динамику формировани  спектров нейтральньк атомов, дает возможность проводить исследовани  нейтральной компоненты не только в режимах лазерного испарени  материала , но и в режимах образовани  лазерной плазмы.

Claims (1)

1. 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 повышения эффективности ионизации, пучок образуют из собственных электронов лазерной плазмы концентрации 1О¹⁰ - 10¹⁴ см^-3 путем разрыва плазмы, выделения и ускорения электронов до энергий ионизации. ..

   SU .„.1127460 f