БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ЛА)

Облучение твёрдых мишеней.При облучении практически всех твёрдых мишеней миллисекундными импульсами Л. и. с плотностью потока излучения ~ 10 7—10 9 вт/см 2 в потоке пара от испаряющеися мишени, как и в предыдущем случае, образуется плазма. Температура плазмы 10 4—10 5К. Таким методом возможно получение значительного количества химически чистой плотной низкотемпературной плазмы для заполнения магнитных ловушек и для разного рода технологических целей . Испарение твёрдых мишеней под действием Л. и. широко используется в технике (см. Лазерная технология ) .

При фокусировке на твёрдую мишень наносекундных лазерных импульсов с плотностью потока излучения 10 12—10 14 вт/см 2 поглощающий слой вещества разогревается так сильно, что сразу превращается в плазму. В этом случае уже нельзя говорить об испарении мишени, границе раздела фаз и т.п. Энергия Л. и. расходуется на нагревание плазмы и продвижение фронта разрушения и ионизации в глубь мишени. Температура плазмы оказывается столь высокой, что в ней образуются многозарядные ионы, в частности Са 16+и др. ( рис. 2 ). Образование ионов такой высокой кратности ионизации до недавнего времени наблюдалось только в излучении солнечной короны. Образование ионов с почти ободранной электронной оболочкой интересно также с точки зрения возможности осуществления в ускорителях многозарядных ионов ядерных реакций на тяжёлых ядрах.

Лазерная искра(оптический пробой газа). При фокусировке в воздухе при атмосферном давлении лазерного луча с плотностью потока излучения ~ 10 11 вт/см 2 в фокусе линзы наблюдается яркая световая вспышка ( рис. 3 ) и сильный звук. Это явление называется лазерной искрой. Длительность вспышки в 10 и более раз превосходит длительность лазерного импульса (30 нсек ) . Образование лазерной искры можно представить себе состоящим из 2 стадий: 1) образование в фокусе линзы первичной (затравочной) плазмы, обеспечивающей сильное поглощение Л. и.; 2) распространение плазмы вдоль луча в области фокуса. Механизм образования затравочной плазмы аналогичен высокочастотному пробою газов. Отсюда термин — оптический пробой газа. Для пикосекундных импульсов Л. и. (I~ 10 13—10 14 вт/см 2 ) образование затравочной плазмы обусловлено также многофотонной ионизацией (см. Многофотонные процессы ) . Нагревание затравочной плазмы Л. и. и её распространение вдоль луча (навстречу лучу) обусловлено несколькими процессами, одним из которых является распространение от затравочной плазмы сильной ударной волны. Ударная волна за своим фронтом нагревает и ионизирует газ, что, в свою очередь, приводит к поглощению Л. и., т. е. к поддержанию самой ударной волны и плазмы вдоль луча (световая детонация). В др. направлениях ударная волна быстро затухает.

Т. к. время жизни плазмы, образованной Л. и., значительно превышает длительность лазерного импульса, то на больших расстояниях от фокуса лазерную искру можно рассматривать как точечный взрыв (почти мгновенное выделение энергии в точке). Это объясняет, в частности, высокую интенсивность звука. Лазерная искра исследована для ряда газов при различных давлениях, разных условиях фокусировки, разных длинах волн Л. и. при длительностях импульсов от 10 -6до 10 -11 сек.

Лазерную искру можно наблюдать и при значительно меньших интенсивностях, если затравочная поглощающая плазма в фокусе линзы создаётся заранее. Например, в воздухе при атмосферном давлении лазерная искра развивается из электроразрядной затравочной плазмы, при интенсивности Л. и. ~ 10 7 вт/см 2, Л. и. «подхватывает» электроразрядную плазму и за время лазерного импульса свечение распространяется вдоль каустической поверхности линзы. При относительно малой интенсивности Л. и. распространение плазмы обусловлено теплопроводностью, в результате чего скорость распространения плазмы — дозвуковая. Этот процесс аналогичен медленному горению, отсюда термин «лазерная искра в режиме медленного горения».

Стационарное поддержание лазерной искры было осуществлено в различных газах с помощью непрерывного СО 2-лазера мощностью в несколько сотен вт. Затравочная плазма создавалась импульсным СО 2-лазером.

Термоядерный синтез.С помощью Л. и. возможно осуществление реакции термоядерного синтеза. Для этого необходимо образование чрезвычайно плотной и горячей плазмы с температурой, в случае синтеза ядер дейтерия, ~ 10 8К. Для того чтобы энерговыделение в результате реакции превышало энергию, вложенную в плазму при её нагреве, необходимо выполнение условия:

nt ³ 10 14 см -3сек,

где n — плотность плазмы, t — время её существования. Для коротких лазерных импульсов это условие выполняется при очень высоких плотностях плазмы. При этом давление в плазме столь велико, что её магнитное удержание практически невозможно. Возникающая вблизи фокуса плазма разлетается со скоростью ~ 10 8 см/сек. Поэтому t — время, за которое сгусток плотной плазмы ещё не успевает существенно изменить свой объём (время инерционного удержания плазмы). Для осуществления термоядерного синтеза длительность лазерного импульса t л, очевидно, не должна превышать t . Минимальная энергия лазерного импульса E при плотности плазмы n = 5×10 22 см -3 (плотность жидкого водорода), времени удержания t = 2×10 -9 сек и линейных размерах плазменного сгустка 0,4 см должна составлять: E = 6×10 5 дж. Однако эффективное поглощение света плазмой в условиях её инерционного удержания и выполнение условия nt ~ 10 -14имеет место лишь для определённых длин волн l:

l кр> l > (l кр/ ),

где l кр— критическая длина волны для плазмы с плотностью n (см. Плазма ) . При n = 5×10 22 см -3 l лежит в ультрафиолетовой области спектра, для которой пока не существует мощных лазеров. В то же время при l = 1 мкм (неодимовый лазер) даже для n = 10 21 см -3, соответствующей l кр, получается трудно осуществимое значение минимальной энергии E = 10 9 дж. Трудность ввода энергии Л. и. видимого и инфракрасного диапазонов в плотную плазму является фундаментальной. Существуют различные идеи относительно её преодоления, среди которых представляет интерес получение сверхплотной горячей плазмы в результате адиабатического сжатия сферической дейтериевой мишени реактивным давлением плазмы, выбрасываемой с поверхности мишени под действием Л. и.

Впервые высокотемпературный нагрев плазмы Л. и. был осуществлен при оптическом пробое воздуха. В 1966—67 при плотности потока Л. и. ~ 10 12—10 13 вт/см 2 было зафиксировано рентгеновское излучение от плазмы лазерной искры, имеющей температуру ~ 1—3×10 6К. В 1971 при облучении твёрдой сферической водородосодержащей мишени Л. и. с плотностью потока до 10 16 вт/см 2 была получена плазма с температурой (измеренной по рентгеновскому излучению) 10 7К. При этом наблюдался выход 10 6нейтронов за импульс. Полученные результаты, а также имеющиеся возможности увеличения энергии и мощности лазеров создают перспективу получения с помощью Л. и. управляемой термоядерной реакции.