Энергетические спектры ионов w, образованные при остром и скользящем излучении лазера

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

Энергетические спектры ионов плазмы, построенные с использованием пакета масс-зарядовых распределений ионов с кратностью заряда от Z до Z max . На Рисунке 1 приведены типичные энергетические спектры ионов W, образованные при скользящем падении излучения лазера на поверхность W с q =10¹¹ Вт/см².

dN/dE I oth. ед. -

0          1          2         3 E; кэВ

Рисунок 1. Энергетические спектры ионов W , образованные при скользящем падении излучения лазера на поверхность W с q = 10¹¹ Вт/см². Цифры 1–3 соответствуют кратностям заряда Z

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 8. №8. 2022

Характерными особенностями энергетических спектров ионов с кратностью заряда Z=1– 3 являются следующие: распределения ионов по энергиям имеют один максимум, который с ростом кратности заряда сдвигается в сторону больших энергий, а ширина энергетического спектра сужается; энергетические спектры ионов с Z=1–3 расположены в относительно низкоэнергетическом диапазоне (10^1000 эВ) энергий. На Рисунке 2 приведены типичные энергетические спектры ионов W, образованные при острой (а=18°) фокусировке излучения лазера на поверхность мишени с q =1011 Вт/см2. Отсюда видно, что энергетические спектры ионов W, полученные при а=18° также имеют характерные особенности, которые были установлены при а=85°.

Однако, имеются отличительные стороны в энергетических распределениях ионов, наблюдаемые в зависимости от угла падения излучения лазера [1–5]. Энергетические распределения ионов с кратностью заряда от 1 до Z max зависят от угла воздействия излучения на мишень. При скользящем падении (а=85°) излучения диапазон энергетического распределения существенно меньше, чем при острых (а=18°) углах падения. Например, как видно из Рисунков 1, 2, энергия E max ионов W¹⁺ и W 4+ , образующихся при а=85, не превышает 500 эВ и 1,0 кэВ соответственно, в то время как при а=18° E max этих ионов достигает ~ 4,0 кэВ.

Рисунок 2. Энергетические спектры ионов W, образованные при острой (а=18°) фокусировке излучения лазера на поверхность мишени с q = 1011 Вт/см2. Цифры 1–6 соответствуют кратностям заряда Z

Из приведенных Рисунках 1 и 2 видны существенные изменения самих энергетических спектров при а=85° спектр имеет лишь один максимум, а при малом а=18° наблюдаются дополнительные рекомбинационные максимумы. Это свидетельствует о более высоком первоначальном зарядовом состоянии плазмы.

Наряду с энергетическими спектрами ионов W, определенный интерес представляют энергетические спектры ионов адсорбированных атомов на поверхность мишени при скользящем падении излучения. На Рисунке 3 приведены энергетические спектры примесных ионов, содержащихся на поверхности W, при скользящем падении излучения лазера с q = 1011 Вт/см2. Анализ полученных спектров дал возможность установить, что энергетические спектры примесных ионов (С1+, О1+, Na1+, S1+, K1+, Сo1+) имеют узкий энергетический диапазон (кроме ионов S1+), расположенный в области низких энергий, при чем спектры ионов имеют один максимум распределения и различаются значениями Emax и максимальной интенсивностью. Необходимо отметить, что энергетические спектры примесных двухзарядных ионов O2+, S2+, K2+, Co2+ также имеют узкий энергетический спектр и расположены в низкоэнергетическом интервале. Максимальная энергия примесных ионов Emax, как однозарядных, так и двухзарядных, не превышает значения ∼ 1,0 кэВ. Сравнение энергетических спектров ионов W и примесных ионов (Рисунки 1 и 3), полученных скользящим излучением лазера, с данными (Рисунок 2), полученными при острой фокусировке излучения, показало, что на энергетических спектрах цифры 1–6 соответствуют ионам C1+, S1+, O1+, Na1+, K1+, Сo1+ ионов плазмы, образованных при α=85° отсутствует рекомбинационная часть спектра. Известно, что энергетические спектры ионов плазмы, образованные при острой фокусировке, в основном состоят из двух частей. Первая часть, когда dN/dE растет с ростом E ионов, обусловлена ионизационными процессами в плазме, и эта часть спектра образована в момент действия импульса излучения лазера.

0     12     3 Е.кэВ

Рисунок 3. Энергетические спектры ионов примесей, содержащихся на поверхности W, образованные при скользящем падении излучения лазера с q=1011 Вт/см2

А вторая часть, которая обусловлена рекомбинационными процессами с участием высокозарядных ионов, образуется после воздействия излучения лазера. Эти экспериментальные материалы, или еще одна особенность образования ионов при α=85°, свидетельствуют о более низком первоначальном зарядовом состоянии плазмы, образованной при скользящем падении излучения лазера на поверхность мишени. И это положение подтверждается исследованием масс–зарядового распределения ионов W при α=85° и 18°.