Коллектив отдела высоких плотностей энергии Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) создал новый двухкаскадный гибридный газовый лайнер, применение которого позволило повысить эффективность генерации излучения в жёсткой части спектра более чем в полтора раза.

Эксперименты выполнялись на сильноточном импульсном генераторе ГИТ-12 — уникальной исследовательской установке, которая представляет собой 12 параллельно включённых модулей, собранных по схеме генератора Маркса, и занимает площадь более 500 квадратных метров.

Процесс сжатия плазменного слоя магнитным полем тока, протекающего в этом слое, называется имплозией (направленный внутрь взрыв). В результате такого сжатия на оси узла нагрузки сильноточного генератора формируется столб плотной высокотемпературной плазмы — Z-пинч. Исследователи на протяжении ряда лет разрабатывают и изучают новые виды лайнеров (осесимметричных цилиндрических оболочек), в результате имплозии которых обеспечивается эффективное преобразование энергии генератора в электромагнитное излучение заданного спектрального диапазона.

«В институте создан новый гибридный лайнер с внешней плазменной оболочкой, состоящий из нескольких каскадов – слоёв, 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», — объясняет ведущий научный сотрудник отдела кандидат физико-математических наук Александр Шишлов.

Целью исследователей было добиться возникновения интенсивного рентгеновского излучения на К-линиях неона, то есть в самой жёсткой части спектра. Для этого требовалось найти оптимальные параметры каскадов, которые бы обеспечили стабильное сжатие лайнера на протяжении нескольких сотен наносекунд, эффективную ионизацию и нагрев неоновой плазмы до температуры, необходимой для генерации излучения в нужном спектральном диапазоне.

Благодаря оптимизации параметров нагрузки максимальный выход излучения в К-линиях неона составил 14,5 килоджоуля на сантиметр длины пинча, мощность излучения 960 гигаватт на сантиметр при пиковом токе имплозии 2,7 мегаампера и времени имплозии 750 наносекунд. По сравнению с используемыми ранее двухкаскадными неоновыми лайнерами с внешней плазменной оболочкой, эффективность плазменного источника излучения на основе гибридной нагрузки возросла в 1,6 раза.

Плазменные источники излучения имеют широкий спектр применения: они необходимы для проведения исследований экстремального состояния вещества, взаимодействия излучения с веществом, модификации поверхностей материалов, рентгеновской литографии. Знания об эффективных способах нагрева плазмы могут быть использованы для создания плазменных источников излучения в широком спектральном диапазоне, которые необходимы в некоторых схемах инерциального термоядерного синтеза.

Источник: Томский научный центр СО РАН.