Сибирский федеральный университет

Перевод названия: A laser trap for a low-temperature plasma with resonant ions

Тип публикации: отчёт о НИР

Год издания: 1995

Аннотация: Предложена схема селективной оптической ловушки для резонансной электрон-ионной плазмы: комбинация из двух оптических силовых барьеров (ОСБ) и однородного магнитного поля. При этом плазменный столб ориентирован вдоль магнитного поля, препятствующего поперечному уходу заряженных частиц, а ОСБ играют роль "пробок" на торцах плазменного столба. Найден диапазон параметров плазмы, определяющий реальные условия ее эффективного удержания. Построена математическая модель лазерного охлаждения плазмы (силами спонтанного резонансного светового давления) в предложенной селективной магнито-оптической ловушке. На основе этой модели впервые обоснована сама возможность глубокого лазерного охлаждения электрон-ионной плазмы и получения сильно-неравновесного сильно-неидеального плазменного состояния в селективной магнито-оптической ловушке. Установлено, что сочетание лазерного охлаждения ионов и сверхвысокочастотного (СВЧ) подогрева электронов позволяет осуществлять гибкое управление состоянием плазмы в ловушке, т.е. реализовывать весьма тонкую настройку основных плазменных параметров. На основе этих исследований показано, что в такой ловушке методами лазерного охлаждения возможно: создание сильнонеравновесных (глубоко переохлажденных, неизотермических, неидеальных) состояний плазмы; создание и удержание электрон-ионной плазмы с метастабильными ионами лития при отсутствии других типов ионов; создание и удержание сверхчистой плазмы с положительными и тяжелыми отрицательными ионами; достижение (методами лазерного охлаждения) условий, так называемой, вигнеровской кристаллизации плазмы (найден конкретный квазистационарный режим достижения этих условий). К перспективным приложениям селективной магнито-оптической ловушки, рассмотренным в ходе выполнения проекта следует также отнести: метод спектроскопии сверхвысокого разрешения и исследования коллективных плазменных эффектов в резонансной плазме за счет группировки скоростей ионов полем бегущей световой волны; создание в резонансной плазме двойного заряженного слоя с управляемыми характеристиками основанного на, так называемом, эффекте "оптической мембраны". Полученные результаты могут быть положены в основу создания принципиально нового класса экспериментальных установок для исследования фундаментальных свойств плазмы и ее взаимодействия с оптическими полями. The scheme of an optical trap for electron-ion plasma which represents a combination of two optical force barriers (OFB) and a uniform magnetic field is suggested. In this case a plasma column is oriented along the magnetic field hindering a cross departure of charged particles, and OFB have the role of "corks" at the ends of the plasma column. A spatial temporal structure of laser fields forming OFB has been found, which play the role of an effective reflector of resonant plasma ions. A collisionless model of the interaction of plasma with OFB has been studied, which takes account of a joint action on charged particles of the self- consistent ambipolar field and radiation force. On the basis of these studies the life time of plasma in the trap has been obtained. The range of plasma parameters determining real conditions of its effective confining has been found. It is shown that in such a trap it is possible to create strongly non-equilibrium (deeply overcooled, nonisothermal, non-ideal) states of plasma by the methods of laser cooling. The possibilities of its creating and confining are shown: of electron-ion plasma with methastable lithium ions in the absence of other types of ions; of plasma with positive and negative ions. The model of laser cooling of plasma in the selective magnetic optical trap has been build-up. It is determined that the combination of laser cooling of ions and microwave heating of electrons allows flexible control of plasma condition in the trap to be exercised. It were suggested some applications: creating and trapping of the ultrapure resonant ultra-cold plasma; creating and trapping ion-ion plasma with heavy negative ions; new method of subdoppler optogalvanic ion spectroscopy by detection of resonant plasma noises (based on ion velocity monochromatization in the field of running light wave); creating of double charged layer in resonant plasma with controllable characteristic (based on so-called "optical membrane" effect); direct observation and investigation of the phase transition plasma to Wigner crystal. The obtained results can be used as the basis for creation of a principally new class of experimental installations for a study of fundamental properties of plasma and its interaction with optical yields.

• Шапарев Н.Я. (Вычислительный центр СО РАН в Красноярске (ВЦКр СО РАН))
• Гаврилюк А.П. (Вычислительный центр СО РАН в Красноярске (ВЦКр СО РАН))
• Краснов И.В. (Вычислительный центр СО РАН в Красноярске (ВЦКр СО РАН))

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)