Данная монография посвящена комплексному исследованию продуктов разлета лазерной плазмы. Изучена динамика формирования энергетических, зарядовых и пространственных спектров атомов, положительно и отрицательно заряженных частиц в лазерном факеле в широком диапазоне плотностей потока излучения. Сопоставляются результаты экспериментов по воздействию излучения от лазерных устройств, генерирующих различные длины волн -- 0,6943 мкм; 1,06 мкм, 11 10,6 мкм.
Экспериментально обнаружен и исследован ряд новых эффектов и закономерностей, позволивших предложить ряд моделей процессов ионизации, рекомбинации и ускорения в лазерной плазме на ранних стадиях развития. Показаны способы управления параметрами пучков частиц лазерной плазмы по количеству, зарядовому составу, геометрии разлета и энергетическому диапазону, что позволило создать ряд источников частиц для ядерно-физических экс-Периментов.
Об авторе
Сильнов Сергей Михайлович – доктор физико-математических наук, профессор. Автор более 150 публикаций. С 1966 по 2003 год работал в МИФИ, прошел путь от техника до главного научного сотрудника.
Введение
Разработка идеи использования сфокусированного на поверхность твердотельной мишени лазерного излучения большой интенсивности для образования и нагрева плазмы /1/ послужила мощным импульсом к зарождению и развитию фактически новой области физики - физики лазерной плазмы. Достижения современной квантовой оптики и лазерной техники стимулировали серьезный исследовательский интерес к изучению как фундаментальных процессов в лазерной плазме, так и решению ряда прикладных задач в том числе и такой важнейшей, как проблема управляемого термоядерного синтеза (УТС). К настоящему времени в результате большой серии экспериментальных и теоретических исследований удалось выявить роль и характер поглошения лазерного излучения в образующейся плазме, механизмов передачи энергии между различными компонентами, основные закономерности кинетики ионизационного состояния и динамики разлета лазерно-плазменного факела. Существенный вклад в экспериментальные исследования внесло, в частности, развитие и применение метода лазерной массспектрометрии /2,3/, позволившего определить зарядовый состав плазмы, закономерности протекания процессов ионизации, ускорения и рекомбинации в лазерной плазме. В результате многочисленных исследований установлено, что лазерная плазма является интенсивным эмиттером заряженных и нейтральных частиц: электронов, ионов и атомов. Проведено детальное изучение механизмов формирования энергетических спектров ионов и нейтралов, а также разработаны и технически реализованы лазерные источники частиц, нашедшие применение в работе ускорителей, циклотронов и масс-спектрометров. По результатам исследований лазерной плазмы совместными усилиями с ОИЯИ (г.Дубна), разработаны и успешно апробированы лазерные источники атомов и ионов для коллективного ускорителя тяжелых ионов (КУТИ), с помощью которого осуществлена загрузка и накопление ионов при инжекции в электронные кольца, в совместных работах МИФИ с ЛЯР ОИЯИ реализованы низкофоновый лазерно-плазменный источник ионов для высокочувствительного масс-спектрометра дня поиска сверхтяжелых элементов в природе и источники для циклотронов, усилиями ИТЭФ разрабатывается лазерный источник многозарядных ионов тяжелых элементов для инерциального термоядерного синтеза, совместно МИФИ и Сумским заводом электронных микроскопов была создана серия промышленных лазерных масс-спектромегров ЭМАЛ-l и ЭМАЛ-2.
Такие свойства лазерной плазмы, как быстрый вклад энергии, нестационарность процессов ионизации и рекомбинации, широкая вариантность начальных условий, существование больших градиентов концентраций и температур создают уникальные возможности для изучения параметров вещества в экстремальных условиях. Быстрое падение плотности и охлаждение лазерно-плазменного сгустка при разлете его в вакуум резко меняет характер ионизирующих процессов. При этом реализуются условия, характерные для образования отрицательно заряженных ионов.
Современная масс - спектрометрия является одним из наиболее тонких и чувствительных методов анализа вещества. Возможности масс-спектрометрического метода во многом определяются способом получения ионов, выбором оптимального способа извлечения и, формирования ионных пучков, а также максимально возможным соответствием свойств сформированного в источнике ионного пучка ионно-оптическим параметрам выбранного масс-спектрометра. Создание нового, современного метода анализа вещества невозможно без детальных исследований процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом, свойств ионной компоненты лазерной плазмы, выбора и создания оптимальных систем формирования ионного пучка, его транспортировки и оптимизации ионно-оптической схемы масс-спектрометра.
В 60-90-х годах была создана физическая
картина процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом в широком диапазоне плотностей потока излучения, получены основополагающие результаты о свойствах лазерной плазмы, дана её подробная характеристика как эмиттера ионов, сформулированы требования к различным типам лазерных источников ионов для масс - спектрометрии, а некоторые из них успешно реализованы.
Исследования характеристик лазерного плазменного сгустка можно условно разбить на три направления:
1. Изучение интегральных и локальных характеристик частиц плазменного сгустка за время действия импульса излучения.
2. Динамика развития лазерно-плазменного факела на ранних стадиях разлета за времена сравнимые с воздействием излучения.
3. Изучение "Эмиссионных характеристик различных компонентов сгустка на поздних стадиях разлета.
В то время, как первые два направления дают информацию о совокупности быстропротекающих процессов в ядре и короне лазерно-плазменного факела и служат для построения процессов взаимодействия излучения с веществом, применение методов третьего направления дает возможность количественного анализа компонентного состава плазмы и является существенно необходимым дополнением для первых двух. Кроме того, детальные исследования параметров эмиссии атомных частиц на поздних стадиях разлета лазерной плазмы ориентируются на практическое использование ее в качестве источников частиц: многозарядных положительных ионов, электронов, отрицательно заряженных ионов, нейтральных атомов и кластеров.
Данная монография в основном посвящена описанию лазерной плазмы с использованием всех преимуществ третьего метода, а именно: исследованию продуктов взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом на поздних стадиях разлета с построением картины формирования плазменного факела во время действия импульса излучения.
Перевод нового (7-го) издания базового учебника издательства «Шпрингер» по основам лазерной оптики содержит новейшие сведения о высокомощных диодных и твердотельных лазерах для ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений, рассмотрены волоконные лазеры, ультракороткие световые импульсы, рентгеновские лучи и световые импульсы от лазеров на свободных электронах, а также их применение в медицинской диагностике и биофотонике.
В книге затрагиваются следующие вопросы: функции, типы и свойства лазерного излучения, типы лазеров, оптические компоненты и управление лазерным излучением, применение лазеров в технологии обработки материалов, медицине, измерениях и передаче данных.
Простота и доступность изложения делает книгу прекрасным пособием не только для специалистов, но и для студентов и преподавателей профильных вузов.
Большая часть вещества в нашей Вселенной находится в состоянии газа или плазмы, однако в учебниках по квантовой статистике основное внимание зачастую уделяется примерам приложениям, связанным с системами конденсированных сред, поскольку в нашей повседневной жизни преобладают именно жидкости и твердые тела. Пытаясь компенсировать этот пробел, авторы в своей книге излагают изучаемый материал прежде всего в контексте (разреженных) газов и плазмы. Более сложные темы адресованы в первую очередь студентам старших курсов и молодым ученым, которые занимаются квантовыми газами и плазмой.
Материал книги основан на двухсеместровом курсе, который оба автора читали в течение многих лет, что позволило учесть вопросы и замечания студентов и сотрудников. Кроме того, издание пронизано духом дискуссий нескольких последних десятилетий и встреч авторов с пионерами квантовой статистики, а также содержит немало отступлений, связанных с историей и истоками квантовой статистики, что позволяет читателям получить представление о развитии этой области науки и дополнительную мотивацию для ее изучения.
Магнетизм – сложное, одновременно релятивистское и квантово-механическое, явление. Многие его аспекты до сих пор до конца не поняты и адекватно не описаны. Сама же область продолжает широко и устойчиво развиваться. Книга предназначена для тех, кто знаком с основными понятиями магнетизма в объеме капитального учебника общей физики. Предполагается, что в рамках такого курса он знаком также с началами квантовой механики и статистической физики, то есть, обращаясь к шахматной терминологии, изучил правила и основы игры, познакомился с простейшими комбинациями. Предлагаемое руководство поможет повысить «магнитную» квалификацию где-то до уровня первого разряда. Ну, а чтобы стать мастером или даже гроссмейстером, читатель должен ступить на следующую ступень познания и приступить к изучению специализированных трудов. Таким образом, задача учебного пособия – дать углубленное представление об основных понятиях и идеях физики магнитных явлений и подготовить заинтересованного читателя к изучению более подробных монографий и оригинальных работ.
Круг читателей, на которых рассчитано учебное пособие – студенты старших курсов, аспиранты и молодые научные сотрудники, преподаватели университетов.
Предисловие автора
Эта книга задумана не как конспект лекций, а, скорее, — как учебное пособие для тех, кто после знакомства с магнетизмом в курсе общей физики, осознал, что так и не понял, «в чем там дело». А дело в том, что магнетизм, действительно, — сложное, одновременно релятивистское и квантово-механическое, явление. Поэтому изложить его основные понятия без привлечения сложных (в идейном и техническом плане) теоретических моделей очень трудно. Более того, многие аспекты магнетизма до сих пор до конца не поняты и адекватно не описаны (например, магнетизм зонных электронов, спин-поляризованный транспорт и др.). Сама же область продолжает широко и устойчиво развиваться.
В связи с этим хотелось собрать в книге вполне представительный (но, ни в коем случае, не ошеломляюще громоздкий, претендующий на абсолютную полноту) материал для тех, кто желает изучить предмет более подробно. Предполагается, что читатель уже прошел курс «молодого бойца» и знаком с основными понятиями магнетизма в объеме добротных учебников общей физики (например, Сивухин Д. В., «Общий курс физики», ФИЗМАТЛИТ, 2004 или Кингсеп А.С. и др., «Основы физики. Курс общей физики», ФИЗМАТЛИТ, 2007). Предполагается также, что в рамках такого курса он знаком с основными понятиями квантовой механики и статистической физики, т. е., обращаясь к шахматной терминологии, изучил правила и основы игры, познакомился с простейшими комбинациями. Предлагаемая книга поможет повысить квалификацию где-то до уровня первого разряда. Ну, а чтобы стать мастером или даже гроссмейстером, читатель должен (если он будет в этом нуждаться) ступить на следующую ступень познания и приступить к изучению специализированных «продвинутых» учебников и монографий, выборочный список которых приведен во Введении.
Отбор материала книги, естественно, совершенно субъективен — в нее включено не только то, что кажется автору принципиально важным и необходимым, но и то, что ему наиболее близко и/или интересно. Так, много внимания уделено магнитным свойствам сверхпроводников, которые, как правило, редко (или бегло) рассматриваются в книгах по магнетизму.
Таким образом, настоящая книга не предназначена служить исчерпывающим руководством по экспериментальным и теоретическим вопросам физики магнетизма. Ее задача — дать углубленное представление об основных понятиях и идеях этой области науки и подготовить заинтересованного читателя к изучению более подробных монографий и оригинальных работ по физике магнитных явлений.
Эта монография написана как исчерпывающее, всеохватывающее и унифицированное введение в межмолекулярные и поверхностные силы, где показано их влияние на свойства простых систем – газов, жидкостей и твердых веществ, а также более сложных и интересных объектов. С момента выхода первого издания этой книги в 1985 году экспериментальные и теоретические исследования межмолекулярных взаимодействий значительно продвинулись. Текст книги был расширен с учетом предложений, поступивших от многочисленных коллег автора. Монография освещает недавние результаты в области измерения поверхностных сил, структурных сольватационных и гидратационных сил, гидрофобных взаимодействий, ионно-корреляционных сил, сил тепловых флуктуаций, а также взаимодействий частиц и поверхностей в полимерных расплавах и растворах. Главная цель данной книги – предоставить широкую теоретическую базу в вопросах, касающихся межмолекулярных сил, так, чтобы читатель научился делать выводы о том, какие силы важны в тех или иных системах, которые ему интересны, и правильно применять полученные знания в конкретных задачах (в научных исследованиях или других областях). <br>
<br>
Книга предназначена для студентов старших курсов, и исследователей, для которых рассматриваемая область не является основной специализацией.
Учебник по основам нанотехнологий уценён из-за небольшого повреждения переплёта. Содержание и текстовый блок не повреждены. См. Фото.
Уважаемые покупатели, уценённые книги обмену и возврату не подлежат.
Пособие предназначено для первоначального знакомства с предметом. В доступной форме и с большим количеством примеров в нем изложены основные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка, возникающих в различных физических задачах.
Для студентов физических, инженерных и педагогических специальностей вузов и преподавателей