Ученые в 1,6 раза повысили эффективность генерации рентгеновского излучения
Новый двухкаскадный гибридный газовый лайнер (осесимметричная цилиндрическая оболочка), позволивший повысить эффективность генерации излучения в жесткой части спектра более чем в полтора раза, создали электрофизики Института сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН, 28 января сообщает пресс-служба Томского научного центра СО РАН.
Эксперименты по созданию такого лайнера проводились на сильноточном импульсном генераторе ГИТ-12. Эта уникальная исследовательская установка состоит из 12 параллельно включенных модулей, собранных по схеме генератора Маркса, и занимает площадь более 500 кв. метров.
Сжатие плазменного слоя магнитным полем тока, который протекает в этом слое, представляет собой имплозию (взрыв, направленный вовнутрь). При таком сжатии на оси узла нагрузки ГИТ-12 формируется столб плотной высокотемпературной плазмы — Z-пинч.
В ИСЭ СО РАН уже несколько лет разрабатывают и исследуют новые виды лайнеров, имплозия которых позволяет эффективно преобразовывать энергию генератора в электромагнитное излучение заданного спектрального диапазона.
Ведущий научный сотрудник отдела высоких плотностей энергии ИСЭ СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Шишлов пояснил:
«В институте создан новый гибридный лайнер с внешней плазменной оболочкой, состоящий из нескольких каскадов — слоев, каждый из которых играет свою значимую роль. Внутренний неоновый каскад, выполняющий функцию излучателя, представляет собой сплошную газовую струю на оси системы. В свою очередь внешний дейтериевый каскад необходим для стабилизации имплозии, а третий компонент, полая плазменная оболочка, обеспечивает формирование однородного токового слоя».
Ученые хотели получить интенсивное рентгеновское излучение на К-линиях неона, то есть в самой жесткой части спектра. Для этого они намеревались определить оптимальные параметры каскадов, которые бы обеспечили стабильное сжатие лайнера в течение нескольких сотен наносекунд, эффективную ионизацию и нагрев неоновой плазмы до температуры генерации ею излучения желаемого спектрального диапазона.
Определив оптимальные параметры нагрузки, исследователи добились максимального выхода излучения в К-линиях неона в 14,5 килоджоуля на сантиметр длины пинча, мощности излучения 960 гигаватт на сантиметр при пиковом токе имплозии 2,7 мегаампера и времени имплозии 750 наносекунд.
При этом эффективность плазменного источника излучения на основе гибридной нагрузки превысила в 1,6 раза эффективность используемых ранее двухкаскадных неоновых лайнеров с внешней плазменной оболочкой.
Такие плазменные источники излучения широко применяются в научных исследованиях экстремального состояния вещества, взаимодействия излучения с веществом, а также для модификации поверхностей материалов, рентгеновской литографии, используемой для изготовления электронных микросхем.
Кроме того, эффективные способы нагрева плазмы будут полезны при разработке плазменных источников излучения в широком спектральном диапазоне, применяемых в некоторых схемах инерциального термоядерного синтеза.
