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《初始充气密度对毛细管放电泵浦的软X射线激光的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第17卷第10期强激光与粒子束Vol.17,No.102005年10月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSOct.,2005文章编号:100124322(2005)1021441204初始充气密度对毛细管放电3泵浦的软X射线激光的影响112232彭惠民,郑无敌,赵永蓬,程元丽,杨大为,王骐(1.北京应用物理与计算数学研究所,北京100088;2.哈尔滨工业大学理学院,黑龙江哈尔滨150001;3.中国原子能科学研究院,北京102413)摘要:利用哈尔滨工业大学的毛细管放电装置的放电参数,对放电过程中
2、毛细管内初始氩气密度的变化对等离子体状态和类氖氩离子3p23s跃迁线的增益系统的影响进行了全过程的理论模拟计算。给出了毛细管放电中等离子体状态和增益系数的空间分布的时间演变过程。理论计算表明能够出现增益的密度范围比较宽,这对于实验是有利的。现有放电参数下,选取初始氩气密度在气压为40～80Pa情况对获取好的实现结果是比较理想的。关键词:初始密度;毛细管放电;等离子体状态;增益系数中图分类号:O432.1;TN241文献标识码:A等离子体被脉冲放电直接激发,能够大大增加泵浦能量转换为X射线激光的效率。毛细管放电的过程大致如下
3、:充低压氩气于毛细管内;通过预电流脉冲放电电路对毛细管系统进行预脉冲放电,通常预脉冲电流峰值为几A到几十A,脉冲的宽度为μs量级,在毛细管内形成密度的空间分布均匀的低温等离子体;主放电脉冲在低温度、低密度的均匀分布的等离子体中放电,电流通过这个低温等离子体并以导数dI/dt=U0/L开始上升,其中U0是加在电容器上的初始电压,L是电感,它由电路的电感和时间相关的等离子体的电感组成,等离子体电感与等离子体柱的长度、直径及毛细管的直径有关。由于焦耳加热等离子体温度开始上升,产生热压,热压与放电产生的磁压相竞争,如果在放电的某个
4、时刻磁压在管壁附近的最大值超过热压,这时等离子体将从管壁脱开,如同Z箍缩放电一样变成磁约束的,其行为类似Z箍缩放电动力学过程。上升的磁压推着等离子体向毛细管的轴心运动,产生会聚的等离子体。在会聚过程中磁能转换为等离子体的动能和电子的热能,等离子体的电子温度迅速增加。这种向心压缩的速率与等离子体的初始密度、初始半径和电流值有关。对于作为类氖氩电子碰撞激发软X射线激光的工作介质,要求电子温度和电子密度必须达到一定的条件,即电子密度181923[1～3]10～10cm,电子温度60～80eV,并且能维持一定的时间。在放电电流峰值
5、和上升时间等放电参数一定的情况下,可以调节的参数只有氩气气压和管径两个参数。在管径一定时,只能调整气压参数。初始压强小,气体容易被压缩;初始压强大,气体比较难压缩。我们利用与[4,5]全时间相关速率方程组相耦合的1维磁流体力学程序XDCH模拟在其它参数不变时只改变氩气初始压强的计算结果,研究毛细管管内氩气压强的影响,探讨氩气密度变化范围和最佳的氩气密度。3计算条件:陶瓷毛细管内半径r=1.55mm,毛细管管壁密度ρw=4.0g/cm,管内氩气初始温度Te0=Ti0=0.5eV,管壁初始温度为室温Te0w=0.026eV,电
6、子热传导系数取经典值,粘性张量系数取经典值的20倍,电流峰值Imax=27.81kA,脉冲宽度τ0=61.4ns,管内氩气初始压强p0=13.3,40,53,60,73,80,93,107,133Pa,相-6-6-6-6-6-6应的氩气气体密度为ρ0=0.24×10,0.71×10,0.95×10,1.07×10,1.30×10,1.42×10,1.66×-6-6-6310,1.90×10,2.37×10g/cm。[6]1主放电电流脉冲波形目前毛细管放电泵浦的软X射线激光实验可以分成两种类型。一种是毛细管中初始充了预放电产
7、生的电离了的气体,主放电时形成等离子体。另一种是放电发生在真空毛细管壁,通过烧蚀管壁物质在管内产生等离子体。由于这种初始条件的差别,观测到的放大的软X射线自发辐射,第一种情况是在放电电流的第一个3收稿日期:2004206230;修订日期:2005208229基金项目:国家自然科学基金资助课题(60038010);国家863计划项目资助课题作者简介:彭惠民(1937—),研究员,从事X射线激光和等离子体物理研究;E2mail:peng_huimin@iapcm.ac.cn。©1995-2005TsinghuaTongfang
8、OpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.1442强激光与粒子束第17卷半周期内,而在第二种情况是在放电电流的第二个半周期内。我们现在研究的是第一种情况。图1给出了正在进行毛细管泵浦类氖氩软X射线激光实验的实验装置的预脉冲和主脉冲放电波形图。26其中预脉冲电源最大输出电压
