Способ исследования лазерной плазмы

".;"ртЯф,9 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ А Аударо ион ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Московский ордена ТрудовогКрасного Знамени инженерно-физический институт(56) 1. Ахсахалян А.д. и др. Характернстики эррозионной лазерной плазмы на стадий инерциального разлета,Журнал технической физики, т. 52,У 8, с, 1584, 1982,2. Энергетическое распределениенейтральных компонент селенида кадмия, испаряемых под действием лазерного излучения. Журнал техничес-.кой физики, т. 51, В 8, с. 1690,1981.(54)(57) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ Л ЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ, заключающийся в ной ионизации атомов электронным пучком и регистрации образующихся ионов, о т л и ч а ю щ и й с. я тем, что, с целью расширения возмо ностей анализа нейтральной компоненты за счетповышения эффективности ионизацни, пучок образуют из собственных электронов лазерной плазмы концентрации 101 - 10 см путем разрыва плазмы, выделения и ускорения электронов до энергийизации.1127460 5 20 25 30 40 45 50 55 Изобретение относится к физикплазмы и может быть применено на.установках, на которых исследуетсявзаимодействие лазерного излученияс веществом.При относительно умеренных интенсивностях лазерного излученияпродукты разлета плазменного факела будут содержать большую долюнейтральных частиц. Присутствиенейтральных атомов может быть обнаружено, в частности, путем их ионизации электронным ударом и последующего анализа на масс-спектрометре,Известен способ измерения энергетического спектра нейтральныхчастиц с помощью механической развертки во времени потока испаренного вещества. Поток плазмы, расширяющийся с поверхности мишени,диафрагмировался и попадал на вращающийся лавсановый диск, что позволяло иметь его временную развертку Г 13.Однако известный способ имеетряд недостатков. Достоверно измеряют лишь низкоэнергетическую частьспектра, есть трудности в определении абсолютных значений концентраций, известный способ не позволяет измерить целый ряд энергетических и угловых характеристик, например изучить динамику формированияугловых и энергетических спектровнейтральных атомов,Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ исследования лазерной плазмы, заключающийся в ударной ионизации атомов электронным пучком и регистрации образовавшихся ионов 1 2 1Основной недостаток такого способа состоит в том, что эффективность. ионизации мала, Причина этого в . быстром прохождении нейтральными атомами области ионизации (со скоростями 10 - 10 см/с), поэтому мало время взаимодействия с электронами (порядка 1 мкс) и мала область ионизации, Недостатком является также то, что исследуются нейтральные атомы,. образующиеся только в режиме неразрушающегося лазерного испарения материала (1,410 Вт/см),Целью изобретения является расширение возможности анализа нейтральной компоненты лазерной плазмы 2за счет повышения эффективности ионизации.Поставленная цель достигается тем, что в способе исследования лазерной плазмы, заключающемся в ударной ионизации атомов электронным пучком и регистрации образующихся ионов, пучок образуют из собственных электроноь лазерной плазмы концентрации 10 " - 10" см путем разрыва плазмы, выделения и ускорения электронов до энергии ионизации; Для ударной ионизации нейтральной компоненты используют собственные электроны лазерной плазмы, которые имеют большие концентрации, а ионизация идет по пути разлета нейтральных атомов, что увеличивает время ионизации, Даже при относительно умеренных мощностях лазерного излучения с облучаемого пятна можно снимать большие токи (в особенности большие плотности тока). Однако известно, что энергии направленного движения электронов, в диапазоне плотностей ла,зерного излучения ч,10 - 5 10 Вт/см составляют 10- 10 эВ, что явно недостаточно для ионизации нейтральных атомов, причем плазма сохраняет квазинейтральность, Поэтому для того, чтобы электроны приобрели необходимую для ионизации энергию, нужно разрушить плазму и ускорить электроны, Экспериментально показано, что при работе лазера в режиме модулированной добротности с энергией Е = 0,01-0,03 Дж с длительностью импульса 15 нс, с фокусировкой излучения до г 10- см, при плтости щности на мишени ч, 10 - 10 Вт/см образуется плазменный факел, содержащий нейтральные атомы, которые составляют до 90% частиц в продуктах разлета в количестве й 10 атоь мов, а количество электронов достигает й - 10 . Выделенные из лазер 15ной плазмы и ускоренные электроны приобретают энергию, необходимую для эффективной ионизации (50- 100 Зв), "прошивают" поток нейтральных атомов по пути разлета, Большие плотности нейтральной и электронной компонент, а также относительно большое по сравнению с прототипомСоставительТехред М.Надь Редактор Е. Месропова Корректор Г, Решетник Заказ 2921/6 Тираж 679 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3 11 время взаимодействия обуславливают эффективную ионизацию.Принципиальным отличием предлагае мого способа исследования лазерной плазмы является повышение эффективности ионизации нейтральной компоненты, по крайней мере, на два-три порядка по сравнению с прототипом, а также проведение анализа нейтральных атомов не только в режиме лазерного испарения материала, но и в режимах образования лазерной плазмы.П р и м е р. Экспериментально показано, что предлагаемый способ позволяет определить, например, для10 Вт/см и при й - 10 см следующие параметры потока атомов в зависимости от материала мишени: й -10 - 10"г ат/см , длительность пакетов10-50 мкс, скоростьЧ (1-5) 10 см/с, концентрацияю 11 -Э атомов в струе о10 - 10 см Для свинца это соответствует Й1 .10 ат/см , длительность сгуст 11 гка 20 мкс, скорость чо 5 .10 см/с, концентрация п5 -10" см з . Максимумы энергетических спектров ле 27460 4жат в диапазоне нескольких десятковэВ. Эффективность ионизации,10На чертеже показано устройстводля реализации предлагаемого способа.Устройство содержит лазер 1, фокусирующий объектив 2, облучаемуюмишень 3, ионизатор, состоящий издвух сеточных электродов, сеточный, 1 О имеющий размер ячейки меньше радиуса Дебая и находящийся под землянымпотенциалом электрод 4 и ускоряющий сеточный электрод 5, а такжемасс-спектрометрический тракт 6, 15 Использование способа исследования лаерной плазмы обеспечивает расширение возможности измерения различных энергетических и угловых характеристик нейтральной компоненты лазерной плазмы, позволяет изучить динамику формирования спектров нейтральных атомов, дает возможность проводить исследования нейтральной компоненты не только в режимах лазерного испарения материала, но и в режимах образования лазерной плазмы