Физика плазмы

Направление:Физика лазерной и электроразрядной плазмы
Подразделение: кафедра физики ИПТИП
Руководитель: Коробкин Ю.В., к.ф.-м.н., доцент (e-mail: korobkin@mirea.ru).

Объектом исследований является плазма вакуумного искрового разряда, возникающая в диодах с лазерно-плазменным катодом, при быстром вводе энергии в разряд, а также особенности прохождения тока при различных характеристиках лазерного излучения, кардинально определяющих динамику вакуумного разряда.
Цель работы – экспериментальное и теоретическое исследование динамики формирования плазменных струй и интенсивных электронных пучков, процессов генерации мягкого и жесткого рентгеновского излучения в низковольтных лазерно-индуцированных разрядах.
Высокая скорость протекания процессов токовой фокусировки и дефокусировки, плазменно-эрозийного размыкания, формирование микроплазменного фокуса и др. обеспечивает: возможность перехода вещества в экстремальное состояние (даже в условиях низковольтного лазерно-индуцированного разряда), условия эффективной генерации корпускулярных потоков и электромагнитного излучения (включая рентгеновское).
В 2018-2020 годах работы проводились при поддержке грантов РФФИ: 16-02-01140; 19-02-00761. В рамках проведенных исследований получены следующие основные результаты:

Показано, что режимы пинчевания плазмы катодной струи определяются начальными условиями, в частности, массой вещества катода, испаренной при воздействии на него лазерным импульсом. При этом область энергий импульса, при которой наблюдается устойчивое формирование микропинчевой структуры, существенно расширяется с ростом производной тока разряда.
В режиме пинчевания катодной струи наблюдается увеличение энергетики жесткой компоненты рентгеновского излучения (до 120 кэВ), происходящее, по нашему мнению, в результате бурного развития процесса плазменно-эрозионного размыкания.
Исследован процесс ионной эмиссии из плазмы микропинча в различных режимах его формирования. Максимальный заряд ионов Al составляет Z = +8, энергии определяются скейлингом: E_max = 5ZеU₀, где U₀ – напряжение на накопителе. При напряжении на накопителе 8 кВ, максимальная энергия ионов составляет ~ 300 кэВ. Увеличение массы вещества приводит к сдвигу микропинча в максимум тока, сопровождаемому ростом среднего заряда пучка и резким уменьшением его энергии. Дальнейшее увеличение количества вещества в промежутке приводит к прекращению процесса пинчевания плазмы.
Эксперименты по исследованию ионной эмиссии из плазмы разряда с катодами из тяжелых металлов показали, в частности, наличие в пучке ионов с зарядовым состоянием Ta+15 и выявили существенные отличия от динамики плазмы в разрядах с катодами из легких металлов.

Полученные результаты являются новыми и могут быть использованы при разработке малогабаритных источников заряженных частиц и рентгеновского излучения.

Основные работы, опубликованные по результатам исследований в 2018-2020 годах:

Романов И.В., Цыгвинцев И.П., Паперный В.Л., Кологривов А.А., Коробкин Ю.В., Круковский А.Ю., Рупасов А.А.-Influence of the laser plasma-expansion specific on a cathode jet formation and the current stability in a laser-ignited vacuum discharge. // Physics of Plasmas. -2018.- 25.- 8.- P. 083107 (8 pp)
Коробкин Ю.В., Романов И.В.- Лазерное управление параметрами плазмы катодной струи вакуумного разряда. // Сборник докладов конференции «Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике» Физико-технологического института Московского технологического университета. – 2018. – С. 132-140.
Коробкин Ю.В., Паперный В.Л., Горбунов С. П., Мяэкиви В.В.- Получение широкоапертурного плазменного потока на основе низковольтного искрового разряда. // Сборник докладов конференции «Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике» Физико-технологического института Московского технологического университета. – 2018. – С.141-148.
Коробкин Ю.В., Давыдов В. А., Туснов Ю.И. Эмиссия потоков заряженных частиц при воздействии лазерного излучения и электрического поля на сегнетоэлектрики. // Сборник докладов конференции «Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике» Физико-технологического института Московского технологического университета. – 2018. – С. 149-155.
Романов И.В., Цыгвинцев И.П., Паперный В.Л., Кологривов А.А., Коробкин Ю.В., Круковский А.Ю., Рупасов А.А.- Влияние размера фокального пятна на динамику токо-плазменной оболочки быстрого вакуумного разряда с лазерным поджигом. // Сборник тезисов докладов XLV Звенигородской конференции по физике плазмы и ЛТС. – С. 160.
Romanov I.V., Tsygvintsev I.P., Kologrivov A.A., Paperny V.L., Vichev I.Yu., Grushin A.S. Study of the possibility for increasing the emission of soft x-rays from the plasma of a low-energy vacuum discharge triggered by a laser. // Plasma Physics and Controlled Fusion. – 2019. – 61.- 9.- P. 095011.
Коробкин Ю.В., Романов И. В., Рупасов А.А.- Влияние параметров фокусировки инициирующего излучения на поведение катодной струи лазерно-плазменного диода. // Сборник докладов конференции «Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике» Физико-технологического института Российского технологического университета. – 2019. – Т.1.-С. 97-104.
Коробкин Ю.В., Давыдов В.А., Кологривов А.А, Романов И.В.- О некоторых возможностях увеличения радиационных свойств плазмы вакуумного разряда с лазерным поджигом. // Сборник докладов РНТК «Инновационные технологии в электронике и приборостроении». –2020. - Т.1.-С. 103-112.