Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
В настоящее время создание мощных и компактных источников мягкого рентгеновского излучения (МРИ) является актуальной задачей для развития нескольких научно-прикладных направлений: биомедицина, микроэлектроника, материаловедение [1–3]. Использование МРИ позволяет исследовать структуры материалов непрозрачных для электронной и оптической микроскопии, а также строение биологических объектов в диапазонах водяного (23,3...43,7 Å) и углеродного (45...50 Å) окон. Ещё одним применением МРИ является рентгеновская литография, разрешающая способность которой увеличивается с уменьшением длины волны. Одним из перспективных источников МРИ является лазерная плазма, эффективность которой зависит от материала мишени [4].
Исходя из этого, задачей наших экспериментов является поиск вещества, которое имеет непрерывный и интенсивный спектр рентгеновского излучения в определённых диапазонах, выбор которых определяется областью применения. Целью данной работы было исследование пространственно-временных характеристик и спектров создаваемой алюминиевой плазмы в рентгеновском диапазоне спектра при воздействии на мишень мощным лазерным импульсом наносекундной длительности.
Исследование проводилось на установке «Канал-2» с использованием лазера на неодимовом стекле: длина волны излучения 1,06 мкм, длительность импульса по полувысоте 3,2 нс, плотность мощности в пятне фокусировки (Ø160 мкм) варьировалась в диапазоне 6·1012...4·1013 Вт/см2. В качестве мишеней использовались пластины из сплошного твердотельного алюминия.
Для исследования динамики образования плазмы в рентгеновском диапазоне спектра применялась электронно-оптическая камера (ЭОК) со спектральной чувствительностью фотокатода 0,1...10 кэВ [5]. При регистрации изображения плазмы с помощью ЭОК использовалась обскура с коэффициентом увеличения 11. Для исключения регистрации вакуумного ультрафиолета (ВУФ) перед обскурой была закреплена алюминиевая фольга толщиной 10 мкм, которая также отрезала часть диапазона спектра МРИ от 16 Å и выше.
Для исследования спектральных характеристик излучения плазмы в широком диапазоне длин волн 30...600 Å, включающем МРИ и ВУФ, применялся спектрограф скользящего падения с отражающей дифракционной решёткой, обеспечивающий высокое спектральное разрешение (0,3 Å).
В ходе экспериментов с помощью ЭОК были зарегистрированы изображения плазмы в однокадровом режиме и в режиме линейной развертки в наносекундных временных диапазонах с применением обскуры.
На рис. 1 приведено изображение рентгеновского излучения плазмы при экспозиции кадра 33 нс и энергии лазерного импульса 13,2 Дж. Оцененные размеры плазмы составили 270 мкм по вертикали и 170 мкм по горизонтали.
На рисунке 2 представлено изображение эволюции разлёта алюминиевой плазмы в режиме линейной развертки с применением щелевого фотокатода при энергии излучения лазерного импульса 22.6 Дж. Полученное изображение демонстрирует пространственное расширение излучающей плазмы в течение длительности воздействующего лазерного импульса. После окончания действия основной части импульса, заключающей в себе большую часть энергии, происходит обратное сужение плазмы, излучающей в рентгеновском диапазоне. Длительность наиболее яркого свечения плазмы составила 3,8 нс, а его максимальный пространственный размер по вертикали — 230 мкм.
На рис. 3 представлены спектры МРИ и ВУФ алюминиевой плазмы, полученные при энергии лазерного излучения 22,6 Дж. Максимальная интенсивность излучения наблюдается в диапазоне 50...70 Å. Учитывая спектральную чувствительность спектрографа, а также 10 мкм фольгу отсекающую часть спектра МРИ, регистрируемого ЭОК, можно сделать вывод, что полученные изображения плазмы демонстрируют также наличие интенсивного излучения в коротковолновой области спектра.
В ходе экспериментов были исследованы пространственно-временные и спектральные характеристики лазерной плазмы в рентгеновском диапазоне спектра при взаимодействии излучения лазера на неодимовом стекле наносекундной длительности со сплошными твердотельными мишенями из алюминия. Были зарегистрированы изображения плазмы в режимах однокадровой съемки и линейной развертки, оценены размеры и длительность изучения. Применение ЭОК продемонстрировало наличие интенсивного рентгеновского излучения и в коротковолновой части рентгеновского спектра. При диаметре пятна фокусировки 160 мкм и длительности лазерного импульса 3,2 нс пространственное расширение излучающей области плазмы до значения 230 мкм и ее дальнейшее сужение происходит за время 3,8 нс. Также были исследованы спектры излучения плазмы в диапазонах длин волн МРИ и ВУФ, наибольшая интенсивность которых наблюдалась в диапазоне 50...70 Å.
Дальнейшие эксперименты планируется проводить с различными чистыми и композитными материалами в качестве мишеней для выявления наиболее эффективного источника МРИ. Также для увеличения интенсивности регистрируемого МРИ и выделения необходимого в исследованиях диапазона длин волн планируется использовать более тонкую алюминиевую фольгу либо тонкие фольги из бериллия.
