Диссертация

Диссертационная работа посвящена диагностике параметров криогенной мишени перед ее постановкой в эксперимент по зажиганию термоядерных реакций на лазерной установке мегаджоульного уровня энергии.

Разработана конструкция, реализован и автоматизирован стенд измерений параметров капсул методом конфокальной микроскопии, позволяющий выполнять сканирование полной поверхности капсулы при ее вращении в поле зрения объектива оптического профилометра. Разработана программа сшивки топографий, получаемых с экваториальной поверхности капсулы. Показано, что метод конфокальной микроскопии целесообразно применять для анализа внешней поверхности капсул, включая вычисление спектров пространственных мод возмущений поверхностей капсул с разрешением до 3 нм, получение трехмерной карты дефектов поверхности, а для оптически прозрачных капсул - также определение экваториальных толщин стенки капсулы с точностью 0,5%, средней толщины и разнотолщинности стенки и для анализ внутренней поверхности капсулы.

На базе двух криостатов разработаны конструкции и реализованы оптические теневые системы, позволяющие осуществлять непрерывный контроль за наполнением оптически прозрачной капсулы жидким топливом и процесс формирования твердого слоя топлива в капсуле, а также позволяющие выполнить заведение инфракрасного излучения в бокс криогенной мишени для формирования твердого слоя топлива. На базе криостата в перчаточном боксе разработана конструкция и реализована система получения рентгеновских фазоконтрастных изображений с разрешением до 2,5 мкм как полых капсул, так и капсул с топливом.

Объяснены принципы формирования оптических теневых и рентгеновских фазоконтрастных изображений капсул и криогенных мишеней, выявлены характеристические группы лучей, для которых решены обратные задачи и получены зависимости, использующиеся для вычисления параметров капсулы и слоя топлива (спектры пространственных мод возмущений поверхностей, толщина и разнотолщинность слоев) по экспериментальным изображениям. Обосновано, что параметры твердого слоя топлива в оптически прозрачной капсуле определяются по характеристическим кольцам на оптическом теневом изображении с разрешением до 0,6 мкм при нулевой разнотолщинности слоя топлива. Доказано, что для оптического теневого метода возмущения внутренней поверхности твердого слоя топлива искажают ход характеристических групп лучей, что приводит к ошибкам до 100 мкм в вычисляемой толщине твердого слоя топлива при разнотолщинности слоя до 100%. Предложен метод учета влияния возмущений на формирование характеристических колец, позволяющий снизить данную ошибку до порядка 10 мкм. Получено, что параметры как полой оптически прозрачной и непрозрачной капсулы, так и капсулы с топливом, в том числе с возмущениями поверхностей, по характеристическим темным кольцам на рентгеновском фазоконтрастном изображении определяются с разрешением до 2,5 мкм. Разработаны программы автоматической обработки экспериментальных оптических теневых и рентгеновских фазоконтрастных изображений капсул и криогенных мишеней, в том числе с возмущенными поверхностями, с вычислением параметров поверхностей.

Созданная экспериментальная база и реализованный комплекс диагностических методов используются не только для диагностики параметров криогенной мишени прямого и непрямого сжатия для лазерного термоядерного синтеза, но и для измерения параметров широкой номенклатуры мишеней в экспериментах по лазерному нагружению материалов и отработке диагностических методик на моделирующих лазерных установках.