Высокотемпературная фемтосекундная лазерная плазма

Aннотация
Плазма фемтосекундного лазерного импульса: основные особенности и характеристики. Атомное и релятивистское световое поле. Предельные и характерные параметры современных лазерных систем сверхсильного светового поля. Поглощение и отражение сверхкороткого лазерного импульса на резкой границе плазма-вакуум. Ионизация и рекомбинация в плазме. Формирование тепловых и ударных волн. Гидродинамический разлет плазмы. Генерация горячих электронов. Ускорение ионов в плазме. Рентгеновское излучение плазмы. Моделирование плазмы методом PIC. Оптическая диагностика плазмы. Генерация гармоник от поверхности плазмы. Аттосекундные световые импульсы. Взаимодействие с пространственно неоднородными мишенями. Генерация когерентного рентгеновского излучения в фемтосекундной лазерной плазме. Применение фемтосекундной лазерной плазмы. Релятивистские эффекты в плазме. Ускорение электронов релятивистским световым импульсом. Ускорение ионов релятивистским световым импульсом. Ядерные процессы в плазме.

Программа
Введение. Основные понятия и термины физики лазерной плазмы. Плазма фемтосекундного лазерного импульса: основные особенности и характеристики. Атомное и релятивистское световое поле. Цель курса. Предельные и характерные параметры современных лазерных систем сверхсильного светового поля.
Поглощение и отражение сверхкороткого лазерного импульса на резкой границе плазма-вакуум. Диэлектрическая проницаемость плазмы. Критическая плотность. Столкновения в плазме. Обратно-тормозное поглощение. Нормальный и аномальный скин эффект.
Ионизация и рекомбинация в плазме. Полевая и столкновительная ионизация. Термодинамическое равновесие в плазме. Уравнения Саха, неравновесная плазма. Приближение среднего заряда. Тройная, диэлектронная рекомбинация и рекомбинация с передачей заряда. Роль возбужденных состояний при ионизации и рекомбинации.
Формирование тепловых и ударных волн. Спитцеровский тепловой поток. Баллистическая теплопроводность. Ограничение теплового потока в плазме.
Гидродинамический разлет плазмы. Формирование размытой границы. Поглощение в области критической плотности. Влияние контраста и формы переднего фронта сверхкороткого лазерного импульса. Генерация кратных и половинных частот.
Генерация горячих электронов. Бесстолкновительное поглощение. Генерация горячих электронов на резкой и размытой границах плазмы. Вакуумный нагрев электронов. Резонансное поглощение. ВКР, ВРМБ и другие механизмы генерации горячих электронов. Угловое распределение электронов.
Ускорение ионов в плазме. Механизмы ускорения ионов. Роль поверхности и ее очистка. Ионизация ускоряющим полем. Ускорение в немаксвелловской, многокомпонентной плазме.
Рентгеновское излучение плазмы. Линейчатый, рекомбинационный и тормозной спектры плазмы. Уширение спектральных линий. Длительность рентгеновского свечения плазмы. Управление спектральными, временными и пространственными характеристиками плазмы.
Модельное описание плазмы. Одножидкостная двухтемпературная гидродинамическая модель плазмы. Границы применимости модели. Прямое моделирование взаимодействия лазерного поля с плазмой. Уравнение Власова. Основные трудности. Моделирование плазмы методом PIC. Одно-, полутора- и более мерные модели.
Оптическая диагностика плазмы. Эффект Доплера в рассеянном излучении. Генерация гармоник от поверхности плазмы. Модель колеблющегося зеркала. Возникновение четных гармоник. Влияние поляризации излучения. Генерация в области плазменной частоты. Аттосекундные световые импульсы. Поверхностные электромагнитные волны в плазме.
Взаимодействие с пространственно неоднородными мишенями. Перегрев тонких пленок. Кластерные и пористые мишени. Модель наноплазмы. Кулоновский взрыв и генерация быстрых частиц. Генерация гармоник.
Генерация когерентного рентгеновского излучения в фемтосекундной лазерной плазме. Резонаторные и безрезонаторные лазеры. Рекомбинационные рентгеновские лазеры. Двухимпульсная методика. Подготовка среды. Разряд в капилляре.
Применение фемтосекундной лазерной плазмы. Микроскопия водяного окна. Рентгеновская голография молекул. Диагностика вещества на фемтосекундном масштабе времен. Холодное плавление. Фемтосекундная обработка поверхности. Напыление пленок. Ионная имплантация.
Релятивистские эффекты в плазме. Релятивистская интенсивность. Нагрев электронов плазмы. Пондеромоторный потенциал. Продавливание плазмы. Плазменный канал. Просветление плазмы. Генерация магнитных полей в плазме. Нагрев обратным электронным током. Релятивистская самофокусировка лазерного излучения.
Ускорение электронов релятивистским световым импульсом. Механизмы ускорения в до и закритической плазме. Генерация электронных пучков релятивистским лазерным импульсом. Синхротронное излучение релятивистских электронов.
Ускорение ионов релятивистским световым импульсом. Роль поверхности и ее очистка. Ускорение и ионизация на обратной стороне мишени. Формирование коллимированных протонных пучков и пучков тяжелых ионов.
Ядерные процессы в плазме. Генерация быстрых частиц в плазменном канале. Лазерный термоядерный синтез и концепция быстрого поджига. Прямое возбуждение ядерных реакций и наработка изотопов. Инициирование термоядерной реакции в кластерных и структурированных мишенях. Возбуждение низколежащих изомерных ядерных уровней в плазме. Формирование пучков ядерного корпускулярного излучения.
1. Гинзбург В.Л., Распространение электромагнитных волн в плазме, М.; Наука, 1967.
2. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, М.: Наука, 1966.
3. Спитцер Физика полностью ионизованного газа.
4. Басов Н.Г., Захаренков Ю.А. и др. Диагностика плотной плазмы (М., Наука, 1989).
5. Элтон Р. Рентгеновские лазеры.
6. Platonenko V.T., Laser Physics, 2, 852 (1992).
7. Лютер Девис Б., Гамалий Е.Г., Ванг Янжи и др., Квантовая электроника, 19 (4), 317 (1992).
8. P. Gibbon, R. Forster, Plasma Physics Control. Fusion 38, 769 (1996).
9. Крайнов В.П., Смирнов М.Б., УФН, 170 969 (2000).
10. Андреев А.В., Гордиенко В.М., Савельев А.Б., Квантовая электроника, 31, 941 (2001).
11. Ledingham K. W. D., McKenna P., Singhal R. P., Science 300 1108 (2003).