Скачать 25.55 Kb.


Дата11.07.2018
Размер25.55 Kb.

Скачать 25.55 Kb.

Обратнотормозной нагрев и ионизация больших металлических кластеров полем интенсивного фемтосекундного лазерного импульса



XXXIV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 12 – 16 февраля 2007 г.

Обратнотормозной нагрев и ионизация больших металлических кластеров полем интенсивного фемтосекундного лазерного импульса


О.Ф. Костенко, Н.Е. Андреев

ИТЭС ОИВТ РАН, г. Москва, Россия, e-mail: olegkost@ihed.ras.ru

Обратнотормозной механизм поглощения интенсивного лазерного излучения веществом хорошо известен, однако его роль при воздействии фемтосекундного лазерного поля на большие кластеры, радиус которых превышает глубину скин-слоя, до настоящего времени оставалась невыясненной. Одни авторы считают, что при достижении температуры электронов 0.5 – 1 кэВ столкновительное поглощение становится неэффективным и им нельзя объяснить наблюдаемые характерные температуры порядка нескольких килоэлектрон-вольт [1]. В других работах рассчитаны Te > 150 кэВ, обусловленные этим механизмом, при воздействии на большие ксеноновые кластеры (108 атомов) лазерным импульсом длительностью τ = 100 фс при интенсивности 1018 Вт/см2 [2]. Анализ пространственной структуры поля и сечений поглощения позволил нам выделить область параметров лазерного импульса и больших металлических кластеров, при которых происходит их эффективный обратнотормозной нагрев и ударная ионизация [3]. Получены простые аналитические выражения для структуры поля внутри и вне однородного кластера, а также сечений поглощения и рассеяния в предельных случаях, когда глубина скин-слоя d много больше и много меньше радиуса кластера R. Показано, что обычно используемое квазистатическое выражение для электрического поля внутри кластера [4] и соответствующее сечение поглощения Q0 справедливы только в нулевом порядке по параметру ρ = 2πR/λ при условии d >> R. Даже если d >> R существенный вклад в нагрев кластера может вносить индукционное электрическое поле в первом порядке по ρ, если модуль диэлектрической проницаемости || становится достаточно большим, как в случае металлических кластеров. Использование Q0 при d << R с ростом || в процессе ионизации приводит к значительному занижению сечения поглощения Qa. С другой стороны, утверждение, что сечение поглощения совпадает с геометрическим сечением кластера при d < R [2] приводит к значительному завышению Qa.

Расчеты проведены при параметрах, соответствующих фемтосекундному ИК лазерному комплексу ИТЭС. Определено, что оптимальный для нагрева радиус кластера железа составляет 20 – 25 нм. При таком радиусе температура электронов существенно зависит от интенсивности Te ~ I3/4 и возрастает до 3 кэВ при I1018 Вт/см2 (τ = 100 фс). Тепловые электроны производят значительную ионизацию L-оболочки железа вплоть до образования Li- и Be- подобных ионов. Определена максимальная энергия ионов железа при разлете ионизованного лазерным импульсом кластера и выход тормозного рентгеновского излучения в диапазоне 1 – 2 кэВ.

Обсуждаются критерии применимости модели. Внешняя ионизация кластера незначительна, а также влиянием электронов, вылетающих из ионного остова, на нагрев и внутреннюю ионизацию кластера можно пренебречь, если 0.5 >> R/rE >> 9ω2/ωp2, где rE – амплитуда осцилляций электрона в лазерном поле, ωp – плазменная частота электронов внутри кластера.



Литература

  1. Mulser P., Kanapathipillai M. // Phys. Rev. A. 2005. V. 71. P. 063201.

  2. Smirnov M.B., Becker W. // Phys. Rev. A. 2006. V. 74. P. 013201.

  3. Костенко О.Ф., Андреев Н.Е. (направлено в журнал «Физика плазмы»).

  4. Ditmire T., Donnelly T., Rubenchik A.M., et al. // Phys. Rev. A. 1996. V. 53. P. 3379.


Коьрта
Контакты

    Главная страница


Обратнотормозной нагрев и ионизация больших металлических кластеров полем интенсивного фемтосекундного лазерного импульса

Скачать 25.55 Kb.