بخشی از مقاله
چکیده -
در این مقاله انتشار الکترونهاي سریع بوجود آمده بوسیله برهمکنش لیزرهاي پالسی بسیار کوتاه با مواد فشرده شده بوسیله موج شوك و میزان انتقال انرژي در این مواد و تولید فوتونهاي اشعه ایکس پالسی K α مدلسازي و مطالعه شده است. ارائه چنین مدلیبدلیل اینکه چنین وضعیتی در همجوشی هستهاي به وقوع میپیوندد، بسیار حائز اهمیت میباشد. یک هدف سه لایه مشخص متشکل از پلاستیک - - CH2 و پلیمر PVCD و مجدداً پلاستیک در نظر گرفته میشود. این ماده هدف از یک سو توسط لیزر پالسی فوق کوتاه مورتابش قرار میگیرد و از سوي مخالف یک منبع لیزري نه دیگر، یک موج شوك در هر سه لایه ایجاد مینماید. نتایج شبیهسازي عددي انجام گرفته در تعیین میزان تابش اشعه ایکس Kα براي این ماده هدف ارایه شده است. هدف از این بررسی، تعیین اثر تغییر ضخامت هر یک از لایهها در میزان گسیل اشعه ایکس Kα و بدست آوردن میزان بیشینه آن است.
کلید واژه- پلاسما ، الکترونهاي داغ ، اشعه ایکس Kα، لیزرهاي پالسی فوق کوتاه، موج شوك.
-1 مقدمه
انتشار الکترونهاي سریع بوجود آمده در اثر برهمکنش پالسهاي لیزر بسیار کوتاه با یک هدف صلب، مسئله اساسی در بحث احتراق سریع - - Fast Ignition در فرایند همجوشی هستهاي میباشد. بنابراین تخمین مقدار انرژي منتقل شده توسط الکترونهاي داغ به ماده هدف در یک عمق معین ضروري میباشد.[1] علاوه بر این تعیین میزان تولید فتونهاي Kα در اثر انتقال انرژي الکترونهاي داغ بسیار حائز اهمیت میباشد.در این مقاله انتشار الکترونهاي داغ و سریع و انتقال انرژي آنها در هدفی که با عبور موج شوك، فشرده و داغ شده است، بررسی و مدلسازي میشود. ارائه چنین مدلی بدلیل اینکه چنین وضعیتی در همجوشی هستهاي به وقوع میپیوندد، بسیار حائز اهمیت میباشد.
میزان تولید اشعه ایکس K α ناشی از برهمکنش یک لیزر پالسی فمتوثانیه با محیط هاي تحت موج شوك به صورت تجربی بررسی شده است .[2]یک هدف پلاستیکی از یک سمت مورد تابش پرتو لیزر فوق سریع و از سمت دیگر مورد تابش لیزر ایجاد کننده موج شوك قرار گرفت. نتایج نشان داد که میزان نفوذ الکترون هاي داغ در پلاستیک فشرده بسیار بیشتر از پلاستیک سرد میباشد. این بررسی نقطه آغازي براي تحقیقات گستردهتر محققان گردید تا بتوانند از طریق ایجاد موج شوك و گرم و فشرده کردن هدفها، میزان تولید فوتونهاي K α را افزایش دهند. با توجه به این مسائل مدل ابتکاري پیشین براي هدفهاي چند لایه سرد - به مرجع [3] رجوع شود - تعمیم داده شد تا محیطهاي شوك شده را نیز شامل شود.
-2 مطالعات تئوري برهمکنش با محیط شوك شده
در این مطالعه یک هدف سه لایه، متشکل از پلاستیک - CH2 - با ضخامت متغیر از 10 الی 104 میکرون و PVCD به ضخامت 13/5 میکرون و مجدداً پلاستیک با ضخامت 26میکرون ، مورد استفاده قرار گرفته است. بررسی این نوع هدف ها در مطالعات گداخت با لیزر مفید می باشد.همچنین از یک سیستم لیزري با پالس فوق سریع با شدتی در حدود 1016W/cm2، براي تولید الکترونهاي داغ بر روي هدف پلاستیکی با ضخامت متغیر استفاده شده است. علاوه بر این، بوسیله یک منبع لیزري دیگر در قسمت مخالف، یک موج شوك در هر سه لایه ایجاد می گردداین موج شوك باعث فشرده شدن و در نتیجه افزایش چگالی مواد میگردد.همچنین یک اختلاف زمانی مابین زمان تابش لیزر پرشدت و پالسی فوق کوتاه CPA و لیزر تولید کننده موج شوك بوجود آورده شد، بطوري که قبل از این که موج شوك به سطح هدف جلویی برسد، لیزر پرتوانCPA با آن برهمکنش انجام داده و الکترون هاي سریع بوجود آورده باشد.
زیرا در غیر اینصورت در ناحیهاي که لیزرCPA تابیده میشود پلاسما به طرف بیرون پراکنده شده و پلوم پلاسمایی تشکیل خواهد داد و الکترونهاي داغ کاملاً متفاوت تولید خواهد کرد.لذا این اختلاف زمانی باعث میشود که الکترونهاي داغ روي سطح در این حالت، یعنی حالتی که هدفها بوسیله یک موج شوك فشرده شدهاند، در مقایسه با هدف سرد دقیقاً شرایط و خصوصیات یکسانی را داشته باشند.نتیجه مقایسه تجربی مرجع [4] براي شدت نسبی فوتونهاي Kα اتم کلر در هدف شوك شده نسبت به هدف سرد بر حسب ضخامت ماده اول در شکل 2 آورده شده است.تجربی مرجع - [4] شکل - - 2 - تطابق بسیار خوبی داشته و لذا مهر تاییدي بر صحت نتایج مدل عددي این مقاله میباشد.در گام بعد نسبت تعداد فوتونهاي Kα اتم کلر برحسب تغییر ضخامت ماده هدف دوم و سوم محاسبه گردیده است.
-1-3 تغییر ضخامت ماده هدف دوم
در این قسمت از شبیهسازيها، هدف سه لایه مذکور با ضخامت لایه اول 20 میکرون و ضخامت لایه سوم 26میکرون در نظر گرفته شده و تعداد فوتونهاي Kα اتم کلر بر حسب تغیرات ضخامت ماده دوم محاسبه میشود. نمودار نسبت این تغییرات در شکل 4 آورده شده است.
-3 نتایج شبیه سازي اهداف شوك شده ومقایسه آن با نتایج تجربی
در شکل 3 تعداد فوتونهاي Kα مربوط به اتم کلر - EKα - Cl - 2622 KeV - در لایه دوم PVCD - به ضخامت 13/5 میکرون - ارایه شده است.همانطور که ملاحظه میشود، استفاده از هدف شوك شده به جاي هدف سرد باعث افزایش چشمگیري در تولید Kαشده است.میتوان انتظار داشت که چنین افزایشی براي هدفهاي دیگر هم وجود داشته باشد. نسبت این افزایشها با نتیجه
همانگونه که در شکل - 4 - مشاهده می گردد براي ماده دوم، ضخامتی وجود دارد - در این مورد 27 میکرون - که به ازاي آن تعداد فوتون هاي Kα بیشینه می گردد.
-2-3 تغییر ضخامت ماده هدف سوم
در این حالت هدف سه لایه پیشین با ضخامت لایه اول 20میکرون و لایه دوم 27 میکرون در نظر گرفته شده است این بار با تغییر ضخامت لایه سوم، تعداد فوتون هاي متناظر با هر ضخامت محاسبه میگردد - شکل . - - 5 -
