Перспективы использования лазерной плазмы

Данная работа посвящается высокотемпературной лазерной плазме, которая является одним из наиболее перспективных и быстро развивающихся направлений решения проблемы создания экологически чистых неограниченных источников энергии.

Ключевые слова: лазерная плазма, низкотемпературная лазерная плазма, теория плазмы, рентгеновская литография, ультрафиолетовый лазер.

Большое внимание общества к физике основывается на его уникальной способности удовлетворять свои практические потребности, способности удовлетворять вечные человеческие склонности, создании последовательной, логически ясной картины мира, загадочной природе отдельных явлений и серьезных социальных последствиях. научные открытия. Автор считает, что в статье будут затронуты все вышеперечисленные аспекты: возможность решения крупнейшей энергетической проблемы; и философская сторона — почему лазеры предоставляют такую ​​возможность; и современная физика.

Как известно, лазерная плазма, образующаяся при взаимодействии мощных световых импульсов с твердыми объектами, является предметом интенсивных научных исследований. Как известно, лазерный поток с интенсивностью 10 ¹² –10 ¹⁴ Вт/см ² образует плазму с температурой около 10 миллионов градусов, плотностью от 10 ^–5 до 1 г/см ³ , и она рассеивается со скоростью в несколько сотен километров. в секунду. Когда лазерное излучение попадает в вещество, в котором много атомов с большим атомным зарядом, образуется плазма. В лабораторных условиях многозарядные ионы можно получить только с помощью лазеров [1, 48–53].

При достаточно высоких температурах атомы теряют свои электроны и становятся положительно заряженными ионами. А высокотемпературная материя образуется между ними за счет электромагнитных сил газов — электронных и ионных. К настоящему времени разработана теория плазмы, которая позволяет описывать поведение такого вещества в различных условиях. Для удержания плазмы в магнитных полях необходимо, чтобы магнитное давление значительно превышало газодинамическое давление среды [2, 60].

Важным практическим применением является разработка лазеров и плазмы для получения рентгеновского излучения для литографии. Рентгеновская литография — метод изготовления высокоточных микросхем. С помощью специальных «масок» и рентгеновского излучения можно создавать искусственные микросхемы с пространственным разрешением менее 1 мкм [3, 12–19].

Другой способ создания ускорителей заряженных частиц — использование лазерной плазмы. Правда, электромагнитная волна лазера является поперечной, но для ускорения частиц требуется, чтобы электрическое поле было направлено вдоль распространения волны. Продольные волны или просто волны — это волны, которые колеблются в одном направлении движения. Когда условия фазирования выполнены, эти волны могут обеспечить ускорение заряженных частиц. В области лазерного термоядерного синтеза процесс надтепловых электронов обычно не является положительным явлением, и многие меры разрабатываются для борьбы с ним. В рассматриваемом случае этот эффект открывает возможность передать много энергии электронам на коротком пути. Это особенно важно, поскольку современные ускорители с энергией примерно 1 ТэВ имеют линейные размеры в десятки километров, а экономические затраты на их строительство исчисляются миллиардами долларов. Когда две электромагнитные волны с близкими частотами ω и ω + dω падают на однородную плазму с относительно низкой плотностью, значение dω намного меньше частоты ω. Плотность этой плазмы такова, что колебания резонируют на собственной частоте ω. В результате нелинейного взаимодействия двух падающих волн с плазмой возникают плазменные волны с частотой dω. Электроны, которые были быстро ускорены до скорости, близкой к скорости волны, захватываются. При соблюдении определенных условий, таких как синхронизация с волной, скорость волны увеличивается. В некоторых случаях электроны могут быть захвачены волной при переходе от одного лазерно-плазменного модуля к другому. Оценки показывают, что с помощью описанного метода можно передавать электронам огромную энергию при относительно небольших размерах ускорителей [4, 88].

Лазерная плазма может использоваться в качестве активной среды лазера. При определенных условиях последующий разлет плазмы, сопровождающийся рекомбинацией и девозбуждением нижних энергетических уровней, может привести к появлению инверсии. Идея инверсии населенностей энергетических уровней должна была зародиться в неоноподобных ионах лазерной плазмы. Для создания мощного лазера с высокими радиационными характеристиками необходим мощный лазер с высокими радиационными характеристиками. В недавних экспериментах ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса измерили усиление на длинах волн 206,3 и 209,6 Å. В этих экспериментах тонкий слой селена, нанесенный на полимерную пленку, облучали световым импульсом с длиной волны 0,53 мкм. Длина волны излучения была получена нелинейным преобразованием во вторую гармонику излучения неодимового лазера. Излучение этой длины волны получено нелинейным преобразованием во вторую гармонику лазерного излучения. При фокусировке излучения особым образом плазма приобретала вытянутую форму в направлении наблюдения спектральных линий [5, 124].

В данном кратком сообщении мы не рассматривали практическое применение низкотемпературной (T = 10 ³ –10 ⁵ K) лазерной плазмы в материаловедении и приборостроении, это предмет дальнейших исследований. Но можно показать, что в настоящее время ведутся исследования по использованию такой плазмы для обработки поверхностей материалов и инструментов [6, 28–30; 7, 30–32].

Литература:

1. Зайнабидинов С. З., Мадаминов Х. М. и др. Рентгеновские спектры многозарядных ионов в высокотемпературной лазерной плазме. Молодой ученый, № 9 (89), 2015, — С. 48–53.
2. Теория сжатия мишеней излучением длинноволновых лазеров. Сборник трудов ФИАНа. — М., Наука. — 1986. –С. 170.
3. Басов Н. Г., Данилычев В. А. Мощные лазеры в тенологии // Наука и человечество. — М., Знание, 1985. –С. 65.
4. Мадаминов Х. М. Лазерная физика. Учебное пособие. Ташкент, Янги нашр, 2021, -С. 160.
5. Дюдерштадт Дж., Мозес Г. Инерциальный термоядерный синтез. М., Атомиздат, 1984, -С. 286.
6. Икромов А. Ш., Мамажонова З. А., Мадаминов Х. М. Десорбция поверхностных примесных атомов в Si, ТiO ₂ и SiO ₂ при воздействии лазерных импульсов. Молодой ученый, № 11(145), 2017, — C. 28–30.
7. Мамажонова З. А., Икромов А. Ш., Мадаминов Х. М. Импульсно-лазерная очистка поверхности кремния и арсенид галлия. Молодой ученый, № 11 (145), 2017, — C. 30–32.