Моделирование спектра мягкого рентгеновского излучения лазерной плазмы олова

В работе представлена математическая модель выхода рентгеновского излучения из оловянной плазмы, генерируемой облучением лазерной мишени импульсом Nd-лазера. Модель позволяет проводить расчеты спектров мягкого рентгеновского излучения в приближении локального термодинамического равновесия (ЛТР), а также с учетом неравновесных кинетических эффектов. Проведена серия расчетов с различной интенсивностью Nd-лазера. В результате математического моделирования получены профили пространственных распределений температуры, среднего заряда, а также интегральные по времени и энергии спектры выходящего из плазмы мягкого рентгеновского излучения. Анализ показал, что учет неравновесных кинетических эффектов приводит к повышению температуры плазмы и увеличению доли излучения в полезном спектральном диапазоне вблизи 13,5 нм. Кроме того, моделирование с учетом кинетики позволяет более точно воспроизвести экспериментальные спектральные профили и зависимость коэффициента конверсии от интенсивности Nd-лазера по сравнению с приближением локального термодинамического равновесия.

Ключевые слова

математическое моделирование; лазерная плазма; мягкое рентгеновское излучение; фотолитография; кинетическая модель плазмы.

Литература

1. Chandra, R. Observational Characteristics of Solar EUV Waves / R. Chandra, P. Devi, P.F. Chen, et al. // Bulletin de la Societe Royale des Sciences de Liege. - 2024. - Т. 93, № 2. - С. 962-982.
2. Вронский, А.В. Моделирование переноса и поглощения лазерного излучения в мишенях инерциального термоядерного синтеза с непрямым воздействием / А.В. Вронский, И.С. Чубарешко, А.А. Шестаков // ВАНТ. Cерия: Математическое моделирование физических процессов. - 2022. - № 1. - С. 3-16.
3. Harilal, S. Spectral Control of Emissions from Tin Doped Targets for Extreme Ultraviolet Lithography / S. Harilal, B. O'Shay, M. Tillack // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2006. - V. 39, № 5. - P. 484-487.
4. Nishihara, K. Plasma Physics and Radiation Hydrodynamics in Developing an Extreme Ultraviolet Light Source for Lithography / K. Nishihara, A. Sunahara, A. Sasaki // Physics of Plasmas. - 2008. - V. 15. - Article ID: 056708. - 12 p.
5. Akel, M. Xenon Plasma as Potential Source for EUV and Soft X-Ray Radiations: Numerical Experiments / M. Akel // Vacuum. - 2014. - V. 101. - P. 360-366.
6. Kucas, S. Interaction of 4p^54d^{N+1} and 4p^64d^{N-1}4f Configurations and Its Influence on the Photoexcitation and Emission Spectra in the Isoelectronic and Isonuclear Sequences / S. Kucas, R. Karazija, V. Jonauskas // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. - 2009. - V. 42, № 20. - Article ID: 205001. - 11 p.
7. Tao Yezheng. Interaction of a CO$_2$ Laser Pulse With Tin-Based Plasma for an Extreme Ultraviolet Lithography Source / Yezheng Tao, M. Tillack, S. Yupesh // IEEE Transactions on Plasma Science. - 2010. - V. 38, № 4. - P. 714-718.
8. O'Sullivan, G. Spectroscopy of Highly Charged Ions and Its Relevance to EUV and Soft X-Ray Source Development / G. O'Sullivan, Bowen Li, R. D'Arcy // Journal of Physics B: Atomic Molecular and Optical Physics. - 2015. - V. 48, № 14. - Article ID: 144025. - 17 p.
9. Зельдович, Я.Б. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений / Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер. - М. Наука, 1966.
10. Елисеев, Г.М. Уравнение состояния твердых веществ и его сплайн-аппроксимация / Г.М. Елисеев, Г.Е. Клинишов // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. - 1982. - № 173. - 21 с.
11. Bakurkina, E.S. Calculation of Direct Drive Targets for Megajoule Laser Facilities with Radiation in the Second and Third Harmonics of Nd Laser / E.S. Bakurkina, V.E. Chernyakov, N. Karlykhanov // Physics of Atomic Nuclei. - 2019. - V. 82, № 10. - P. 1348-1359.
12. Собельман, И.И. Введение в теорию атомных спектров / И.И. Собельман. - М.: Наука, 1963.
13. Moszkowski, S. On the Energy Distribution of Terms and Line Arras in Atomic Spectra / S. Moszkowski // Progress of Theoretical Physics. - 1962. - V. 28, № 1. - 23 p.
14. Политов, В.Ю. Модель кинетики многозарядных ионов в программе TARAN / В.Ю. Политов, М.К. Шинкарев // Препринты РФЯЦ-ВНИИТФ. - 1998. - № 122. - 20 с.
15. Барышева, Н.М. Неявная схема для численного моделирования физических процессов в лазерной плазме / Н.М. Барышева, А.И. Зуев, Н.Г. Карлыханов // Журнал вычислительной математики и математической физики. - 1982. - Т. 22, № 2. - С. 401-410.
16. Cowan, R.D. The Theory of Atomic Structure and Spectra / R.D. Cowan. - Berkeley: University of California Press, 1981.