[发明专利]用于利用脉冲磁场来磁化激光等离子体的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于利用脉冲磁场来磁化激光等离子体的装置。

更具体地，本发明涉及一种用于利用脉冲磁场来磁化激光等离子体的装置，该装置包括真空腔室，在真空腔室中放置有靶，该靶在其与激光脉冲相互作用的期间能够产生激光等离子体；以及绕组，所述绕组能够被供电，以在所述激光等离子体中产生脉冲磁场。

背景技术

现有技术中已知的是，高功率激光脉冲与固体靶或气体靶之间的相互作用允许产生等离子体，该等离子体通常被称为激光等离子体。该等离子体的产生伴随有强烈的带电粒子束的发出。

这种束具有多种应用，例如在物理效应的探测中、在惯性聚变中或者甚至在强辐射的产生中。

为了产生激光等离子体，激光脉冲必须具有高强度并且被聚焦在靶上的横向小尺寸的焦点上。因此，需要提供真空腔室，至少在激光脉冲的末端(terminal leg)中，高强度和横向小尺寸的脉冲趋向于使位于其路径上的任何气体(尤其是周围空气)离子化，导致对激光光学器件的损害、来自激光脉冲的功率的损失以及在附近存在的人员受到伤害的风险。

这些强烈的带电粒子束通常是高度发散的并且期望的是能够在上述应用中将它们聚焦。

已知的是，在激光等离子体中产生高强度脉冲磁场允许改善带电粒子束的聚焦，然后带电粒子受到围绕磁场线的旋转运动，该运动通常是以拉莫尔半径为特征。

由O.V.Gotchev等人发表的文献“Laser-driven Magnetic-Flux Compression in High-Energy-Density Plasmas(在高能量密度的等离子体中的激光驱动的磁通量压缩)”(物理评论快报(Physical Review Letters)，215004期第103卷)描述了一种用于利用脉冲磁场来磁化激光等离子体的示例性装置，其包括放置在真空腔室中、在靶的任一侧上且非常紧密地接近于靶的线圈，因此，当足够大的电流(大约80kA)流动穿过线圈时，该线圈适合于在靶中产生5特斯拉到9特斯拉的磁场。

这种装置有若干的缺点。

由电流穿过线圈的流动所产生的热量导致了线圈的毁坏，因此每次发射激光时有必要更换线圈。因此发射激光的速度被降低。

线圈的毁坏可能损害用于聚焦激光脉冲的光学器件，光学器件本身也通常被放置在真空腔室中，并且至少意味着真空腔室的频繁清洁。

由于瞬时的磁场通过测量流动穿过线圈的电流、然后通过应用考虑线圈的几何结构的计算来确定，因此线圈因产生磁场而逐渐毁坏使得磁场的计算不可靠，这是因为线圈的几何结构随时间以难以预测的方式改变。

脉冲磁场的最长的持续时间和最大的强度被线圈的毁坏所限制，并且利用这种装置难以产生高于10特斯拉且大于300纳秒的脉冲磁场。

流动穿过线圈的高电流意味着，必须使用特别设计用于真空的电导线(“真空引线(vacuum feedthrough)”)，以防止线圈的电能在真空腔室中产生电弧。

因此，需要一种用于利用脉冲磁场来磁化激光等离子体的装置，该装置至少解决了一些上述问题。

发明内容

为此，根据本发明，这种用于利用脉冲磁场来磁化激光等离子体的装置的特征在于，绕组被放置在容纳冷却流体的再凹入腔室(re-entrant chamber)中。

由于这些布置，用于利用脉冲磁场来磁化激光等离子体的装置可以产生高于10特斯拉、范围达40特斯拉及以上、具有大于300纳秒的持续时间的脉冲磁场，从而允许带电粒子束被更好地聚焦。另外，该聚焦还可以很长时间地保持稳定。

由于在激光的每一次发射之后不再需要改变绕组的元件，因而激光的发射速度得以提高。

对光学器件、腔室的元件和人员的损害风险得以降低。

在激光等离子体中所产生的磁场是可以确定的并被精确且可靠地控制。

不必使用专门的真空导线来向绕组供电。

在本发明的优选实施方式中，还可以可选地依靠以下布置的一者和/或其它：

-所述再凹入腔室包括轴向真空导通导管，所述轴向真空导通导管包括两个轴向端部，所述轴向端部的每一者与所述真空腔室连通；

-所述绕组包括环绕所述轴向真空导通导管的至少一个线圈；

-所述绕组包括环绕所述轴向真空导通导管的两个线圈，所述线圈由中央板分开；

-所述再凹入腔室还包括至少一个径向真空导通导管，所述径向真空导通导管包括两个径向端部，所述径向端部的每一者与所述真空腔室连通；

-所述径向真空导通导管位于将所述两个线圈分开的所述中央板中；