گسترش پلاسما در فرایند برهم‌کنش لیزر- هدف

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 836-14395، تهران ـ ایران

چکیده

در این مقاله رفتار پلاسمای ناشی از برهم­کنش تپ کانونی شده­ی لیزر Nd:YAG با پهنای میانگین ns30 و انرژی mJ140 با هدف مس با استفاده از روش سایه­نگاری مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. برای این منظور گسترش پلاسما در محیط هوا در محدوده­ی فشاری 760 تا 4-10×2 تور به کمک هماهنگ دوم لیزر با پهنای ns 10 در طول موج nm532 مورد کاوش قرار گرفته است. ترکیب نتایج تجربی و مدل هیدرودینامیکی پلاسما نشان می­دهد که برای فشار محیط 1 اتمسفر، دما و فشار پلاسما در نخستین لحظات برهم­کنش در نزدیکی سطح هدف به ترتیب، تا 30 الکترون ولت و 104×7 اتمسفر افزایش می­یابد. در این حالت، چگالی نسبی پلاسمای حاصل در طی تپ برهم­کنش حدود 6 برابر چگالی هوا در فشار متعارفی است. با کاهش فشار محیط از 760 تور به حدود 50 تور، به تدریج موج ضربه­ای به موج رقیق­شدگی تبدیل می­شود و برای فشارهای کم­تر از 0.1  تور تنها یک ناحیه­ی چگال در نزدیکی سطح هدف با چگالی بیش از ≈3.94×1021 cm-3  قابل مشاهده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Plasma Expansion in Laser-Target Interaction Process

نویسندگان [English]

  • A.H Farahbod
  • M Afshari
  • E Agayari
چکیده [English]

In this paper, the behavior of temperature, density, velocity and pressure of the plasma shock front produced by the interaction of a focused Nd:YAG laser beam on a copper target, with an average pulsewidth of 30ns and 140mJ laser energy, have been studied using shadowgraphy technique. For this purpose, the plasma was examined in air at the pressure from 760 to 2×10-4 Torr by a laser probe beam of 10 ns pulsewidth at the wavelength of 532 nm. The results obtained from the measurements and by using the hydrodynamical model indicated that at atmospheric pressure the temperature and plasma pressure near the target surface increase up to 30 eV and 7×104 atm, respectively. The relative plasma density during the interaction time was found to be about 6 times of the air density at the normal atmospheric pressure. By decreasing the pressure from 760 Torr to 50 Torr the shock wave gradually converts to a rarefaction wave. For the pressure less than 0.1 Torr, only a dense region with an electron density higher than ≈3.94×1021 cm-3 near the target surface was observed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laser-Target Interaction
  • Shock Wave
  • Rarefaction Wave
  • Shadowgraphy
  • Ablation Pressure
  • Hydrodynamical Model

 

R.E. Kidder, Nuclear Fusion, 14, 797 (1974).

 

  • R.G. Evans, Can. J. Phys. 64, 893 (1986)

     

     

    S. Nakai, K. Mima, Rep. Prog. Phys. 67, 321 (2004).

     

  • A.A. Ovsyannikov and M.F. Zhukov, “Plasma Diagnostics,” Cambridge International Science Publishing (2005).

     

    T.P. Hughes, “Plasmas and Laser Light,” Adam Hilger (1975).

     

    M. Thiyagarajan, J. Scharer, Journal of Applied Physics, 104, 013303 (2008).

     

    M. Thiyagarajan, J. Scharer, IEEE Trans. Plasma Science, 36, 5, 2512 (2008).

     

    G. Dodel, W. Kunz, Appl. Opt. 14, 10, 2537 (1975).

     

    L.D. Landau, E.M. Lifshitz, “Fluid Mechanics,” Addison-Wesley (1959).

     

    Ya.B. Zeldovich, Yu.P. Raizer, “Physics of Shock Waves and High-Temperature Hydrodynamic Phenomena,” Vol. I, 211-213, Academic Press (1966).

     

    S. Eliezer, “The Interaction of High-Power Lasers With Plasmas,” IOP (2002).