باریکه، الکترون، چگالی، الکترونی

ته¬ای را میسر می سازد و حدود 5/4 % انرژی باریکه یون ذخیره می¬شود . باید توجه کنیم که تشکیل لکه داغ با مدل خیلی ساده توصیف می شود . مطالعات بیشتر به شبیه سازی های عددی دقیق تری نیاز دارد . بنابراین این روش در حقیقت امتیاز کاهش انرژی احتراق آزاد شده توسط باریکه خارجی است .

فصل پنجم
ایجاد میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی و گرمایش هدف توسط الکترون های سریع تولید شده با لیزر

چکیده
میدان های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد شده توسط باریکه سریعی از الکترون ها در یک رسانا از نظر تحلیلی محاسبه می شوند، که شامل تغییر در مقاومت ویژه بخاطر گرمایش اهمی می باشد. فرض می شود که مقاومت ویژه دارای یک قانون توانی دلخواه وابسته به دما باشد، چگالی جریان الکترونی سریع ثابت فرض می شود( بیم صلب) ، خنثی سازی بار فوری می باشد و اینکه پخش و پخش مغناطیسی ناچیز می باشد. معانی ضمنی برای برهمکنش های لیزر جامد با شدت بالا بحث می شوند. حداقل چگالی الکترون سریع برای احتراق سریع توسط گرمایش اهمی تعیین می شود وبه طور غیر واقع گرایانه ای بالا تشخیص داده شده است.
5-1-مقدمه
آزمایش ها در مورد برهمکنش های لیزری با شدت بالا با هدف جامد در انتقال باریکه های الکترونی با جریان بالا در رساناها تجدید شده اند، علی رغم اینکه گرمای قابل توجهی از انرژی لیزری می تواند به الکترون های با انرژی بالا یا سریع که در حال ورود به هدف می باشند انتقال داده شود. کاربردی از چنین باریکه های الکترونی تولید شده توسط لیزر، که توجه زیادی را به خود معطوف کرده است،احتراقگر سریع می باشد[38]. در این طرح پیشنهاد می شود که الکترون ها را سریعاً برای گرم کردن قلب قرص سوخت فشرده شده برای احتراق بکار ببریم، قبل از اینکه توازن فشار بدست آید. این بازده بیشتری نسبت به روش معمولی و آهسته تر برای حرکت دادن شوک ها و ضربه ها به درون هدف بدست خواهد داد. مقدار زیادی از تحقیقات مبنی بر انتقال باریکه های الکترونی با جریان بالا در رساناها ( که اغلب شامل موادی است در این جریان ها که ما علاقمند آنها هستیم) خارج از مفهوم پلاسماهای لیزری انجام شده است.[39] بطور جالب توجهی ، محترق کردن پلاسما با یک باریکه الکترونی یکی از کاربردهای بررسی شده بود. انتقال چنین باریکه هایی قویاً توسط میدان هایی که آنها را ایجاد می کنند تحت تاثیر قرار می گیرد. ایجاد میدان وابسته به توانایی رسانا برای حذف بار باریکه و چگالی جریان است. ساده ترین مدل برای واکنش رسانا، قانون اصلی اهم می باشد:
E=η_p j_c (1)
که در آنE میدان الکتریکی می باشد،j_c چگالی جریان در رسانا و η_p مقاومت ویژه آن می باشد.این مدل بطور گسترده در محاسبات انتقال باریکه الکترونی استفاده می شود. برای موارد ساده جوابهای تحلیلی می توانند یافت شوند.این مقاومت ویژه به دلیل برخورد ها بوجود می آید و مقاومت ویژه اسپیتزر نامیده می شود.که از رابطه η_p=1.65×〖10〗^(-9) Z_eff T_e^((-3)/2) lnΛ بدست می آید. که در آن lnΛ لگاریتم کولن وZ_eff بار موثر وT_e^ دمای الکترونی است.و مقدار lnΛ تقریبا 10 می باشد. درا شکال 1و2 به ترتیب تغییرات سه بعدی و دوبعدی شدت میدان الکتریکی برحسب بار موثر و دما آورده شده است. در شکلهای3 و4 تغییرات دو بعدی و سه بعدی مقاومت ویژه اسپیتزر برحسب دما و مقادیر مختلف بار موثرنشان داده شده است.

مطلب مرتبط :   سیاست، جنایی، بومیسازی، در‌ایران

شکل5-1 تغییرات سه بعدی شدت میدان الکتریکی برحسب عدد اتمی بار موثر و دما

شکل 5-2- تغییرات دو بعدی شدت میدان الکتریکی برحسب دما به ازای مقادیر مختلف بار موثر
طبق اشکال 1 و2 مشاهده می گردد با افزایش دما میدان الکتریکی کاهش می یابد ، به خاطر اینکه با افزایش دما سرعت حرارتی الکترونها زیاد می شود و این امر موجب کاهش η_p می گردد(شکلهای 3 و 4) و لذا بر اساس قانون اهم میدان الکتریکی کاهش می یابد .

شکل5-3- تغییرات دو بعدی مقاومت ویژه اسپیتزر برحسب دما و مقادیر مختلف بار موثر

شکل5-4- تغییرات سه بعدی مقاومت ویژه اسپیتزر برحسب بار موثر و دما
Bellو همکارانش [50] جوابهای خود متشابهی را برای انتشار توزیع ماکسولی الکترون های سریع درون هدف نیمه نامحدود، با مقاومت ویژه ثابت در یک بعد بدست آوردند.
برای دستیابی به کل تعداد الکترون های سریع که به طور خطی رشد می یابند Bell و همکارانش میانگین عمق نفوذ را بدست آوردند:
L=(4 )/(3eηj_0 ) (2)
که در آن میانگین انرژی الکترون سریع و j_0 چگالی جریان منبع الکترون سریع می باشد. این دقیقاً همان فاصله ای است که یک الکترون با میانگین انرژی در خلاف جهت میدان الکتریکی اولیه ηj_0 حرکت خواهد کرد. شکل5 تغییرات دو بعدی میانگین عمق نفوذ برحسب تغییرات دما به ازای مقادیر مختلف بار موثر را نشان می دهد.

شکل5-5- تغییرات دو بعدی میانگین عمق نفوذ برحسب تغییرات دما به ازای مقادیر مختلف بار موثر

از مشاهده شکل 5 می توان دریافت که با افزایش دما مقادیر L(m) زیاد می شود، زیرا با افزایش دما ، مقادیرمیانگین انرژی الکترون سریع افزایش یافته و طبق رابطه بالا باعث افزایش L می گردد .
( ( Davies[41]این مدل را برای توزیع های گوناگون ماکسولی بررسی کرده است(Bell و همکارانش از توزیع ماکسولی غیر نسبیتی، سه مولفه ای استفاده کردند) Batani و همکارانش [41]مقیاس بندی این عمق نفوذ را با چگالی هدف بر حسب مقاومت ویژه اسپیتزر و گرمایش زیاد هدف بررسی کرده اند. به این موضوع بعداً باز خواهیم گشت.( Glinsky[42] ) مدل یک بعدی کامل تری را با استفاده از مقاومت ویژه اسپیتزر شامل برخوردهای الکترون سریع و جریان گرما بررسی کرد. به هر حال او فقط قادر به ارزیابی کردن نواحی موقتی بود که در آن جملات متفاوتی غالب بودند و مقیاس بندی هایی را برای پارامترهای لازم در این نواحی ارائه داد.
جوابهای تحلیلی می توانند برای تعادلهای مشخصی ارائه شوند.[39] بنابراین اینها کاربرد محدودی در مطالعه دینامیکی انتشار باریکه ها دارند. فرضیه بعدی که محاسبات را بسیار ساده می کند فرض ثابت بودن چگالی جریان الکترون سریع می باشد. به وضوح این مدل یک باریکه را نمی دهد بلکه پاسخ نسبی رسانا به چگالی جریان سریع الکترونی را می دهد. و فقط مادامی معتبر خواهد بود که الکترون های سریع قویاً نسبیتی باقی بمانند و میدان مغناطیسی ناچیز باشد.
در نتیجه این اثر اجازه می دهد جوابهای تحلیلی بدست آیند که در شناخت نمونه های پیچیده تر، در شناسایی کردن پدیده های مهم و در ایجاد ارزیابی های اولیه مفید می باشند. در اینجا هدف بکارگیری این مدل به منظور ارزیابی کردن تاثیر تغییرات در مقاومت ویژه ایجاد شده توسط گرمایش اهمی در تولید میدان می باشد. برای چگالی های جریان مشخص شده توسط عملکردهای ویژه مشخص آن ممکن است معادلات ماکسول را برای مقاومت ویژه ثابت حل کنیم.[39] جزئیات این نتایج مربوط به موضوع اینجا نمی باشند، اما آنها دو مقیاس مهم زمانی را تعیین می کنند:
زمان خنثی سازی (τ_n) و زمان پخش مغناطیسی (τ_d)
خنثی سازی جریان و بار باریکه بر اساس مقیاس زمانی تعیین می شوند:
〖 τ〗_n=ε_0 η (3)
که فوق العاده سریع می باشد، برای یک مقاومت ویژه2 μ Ω m، محدوده بالایی نمونه برای رساناهای با چگالی جامد [44,43]، فقط 7/17 برحسب (atto=〖10〗^(-18)) می باشد. اشکال6 و 7 به ترتیب تغییرات دو بعدی و سه بعدی زمان خنثی سازی (s) برحسب دما(KeV) و مقادیر مختلف بار موثر را نشان می دهند.

مطلب مرتبط :   قطعنامه، اتحادیه، اروپا، ممنوع

شکل5-6-تغییرات دو بعدی نیمه لگاریتمی زمان خنثی سازی (s) برحسب دما(KeV) و مقادیر مختلف بار موثر

شکل5-7- تغییرات سه بعدی زمان خنثی سازی برحسب بار موثر و دما

با مشاهده این اشکال دیده می شود که با افزابش دما مقدار مقاومت ویژه کاهش می یابد و لذا طبق رابطه 3 مقادیر زمان خنثی سازی کاهش می یابد .
در بکارگیری معادله (1) فرایندهایی که بر اساس مقیاس های زمانی کمتر از دوره رسانایی پلاسما روی می دهند را نادیده می گیریم که غالباً بیشتر از این زمان خنثی سازی می باشد. اگرچه خنثی سازی سریع باریکه آنی نمی باشد و در نتیجه دقیق نیست، منجر به ایجاد میدان می شود. جداسازی جریان ها ی عرضی منجر به ایجاد میدان مغناطیسی می شود که بیشتر برای جداسازی جریان ها عمل می کند (برخلاف جریان های دافعه) جریان بازگشتی در یک مقیاس زمانی مشخص توسط زمان پخش مغناطیسی از بین می رود:
τ_d=(μ_0 R^2)/η (4)
که در آنR طول مقیاس عرض باریکه سریع الکترونی می باشد. این نسبتاً فرایند آهسته ای می باشد ؛ برای طول مقیاس عرضی10 μmو 2 μ Ω m زمان پخش مغناطیسی 62.8 ps طولانی تر از مد