Lazer plazma ortamlarından yayılan x-ışını rezonans çizgilerinin modellenmesi ve uygulama alanlarının belirlenmesi

Abstract

LAZER PLAZMA ORTAMLARINDAN YAYILAN X-ISINI REZONANS ÇİZGİLERİNİN MODELLENMESİ VE UYGULAMA ALANLARININ BELİRLENMESİ Necla KENAR Anahtar Kelimeler: Lazer plazma, X-ışını yayılması, X-ışını dönüşüm verimliliği Özet: Bu çalışmada, Pert (1983) tarafından geliştirilen orijinal atomik ve hidrodinamik kod EHYBRID uyarlanarak lazerle oluşturulan Ne-benzeri ve F- benzeri demir ve bakır plazmalardan yayılan X-ışınlan; X-ışını litografi, X-ışını spektroskopi, X-ışım holografi ve radyobiyoloji uygulamalannda X-ışını kaynak olarak kullanılmak üzere modellenmiştir. İlk olarak, KrF, XeCl ve Nd:YAG lazer palslan ile oluşturulan demir plazmalardan yayılan 11 Â ile 1 7 Â arasındaki X-ışını rezonans çizgileri tek pals, üç pals ve sekiz pals konfigürasyonlan kullanılarak modellenmiştir. Si-, Mg-, Al-, Na-, Ne- ve F- benzeri iyonlardan elde edilen serbest-serbest ve serbest-bağlı yayılmadan elde edilen X-ışını şiddetleri hesaplanmış, dalga boyuna ve zamana bağlı olarak değişimleri incelenmiştir. Lazer enerjisinin X-ışmı enerjisine dönüşüm verimlilikleri hesaplanmıştır ve lazer pals süresine ve lazer şiddetine göre değişimleri incelenmiştir. Örneğin, 2x1 013 W/cm2 şiddet ve 18 ns pals süresi için X-ışını dönüşüm verimlilik değeri Bijkerk et al.(1992) tarafından elde edilen deneysel ölçümlerle uyumlu olarak 2n sr. üzerinden % 0.5 değerinde hesaplanmıştır. F- benzeri 3s- >2p / Ne-benzeri 3s- »2p çizgi şiddeti oranlan hesaplanmıştır. ikinci olarak, KrF lazer ile oluşturulan bakır plazmalardan yayılan 8 Â ile 13 Â arasındaki X-ışını rezonans çizgileri ve Si-, Mg-, Al-, Na-, Ne- ve F- benzeri iyonlardan elde edilen serbest-serbest ve serbest-bağlı yayılmadan elde edilen X-ışını şiddetleri tek pals ve çift pals konfigürasyonlan için hesaplanmıştır. Lazer enerjisinin X-ışını enerjisine dönüşüm verimlilikleri hesaplanmıştır. Örneğin, Turcu et al.(1987) tarafından, 2x1 013 W/cm2 şiddetinde ve 25 ns pals süresindeki KrF lazer kullanılan arak yapılan deneylerden elde edilen verimlilik değeriyle uyumlu olarak % 0.195 değerinde elde edilmiştir. Demir hedef için uygulanan tek KrF lazer pals şiddet ve pals süreleri, bakır hedef için kullanılarak yayılan X-ışını rezonans çizgi şiddetleri ve serbest-serbest ve serbest-bağlı X-ışını şiddetleri hesaplanmıştır. Örneğin, 2x10° W/cnr ve 1 8 ns pals süresi için X-ışını dönüşüm verimlilik değeri 2n sr. üzerinden % 1.29 olarak hesaplanmıştır. Çift pals uygulamalannda, palslar arasındaki zaman aralığı değerleri 150 ps ile 350 ps arasında değiştirilerek bakır plazma ortamlardan yayılan X-ışınlan modellenmiştir. ıı

MODELING OF X-RAY RESONANCE LINES EMITTED FROM LASER PRODUCED PLASMAS AND DETERMINATION OF APPLICATION FIELDS Necla KENAR Keywords: Laser -produced plasma, x-ray emission, x-ray conversion efficiency Abstract: In this study, x-rays emitted from Ne-like and F-like iron and copper plasmas have been modeled by modifying the original atomic and hydrodynamic EHYBRID code developed by Pert (1983) in order to use as an x-ray source for x-ray lithography, x-ray spectroscopy, x-ray holography and radiobiology applications. Firstly, x-ray resonance lines between 11 Â and 17 Â emitted from iron plasmas created by KrF, XeCl and Nd:YAG laser pulses have been modeled using single pulse, three pulses and eight pulses configurations. X-ray intensities from free-free and free-bound emission with the Si-, Al-, Mg-, Na-, Ne- and F -like ions is calculated and investigated the dependence of x-ray intensities on the wavelength and the time. The dependence of laser energy to x-ray energy conversion efficiencies on laser pulse duration and laser intensities have been calculated and investigated. For example, 0.5 % over 2n sr for 2x10° W/cm2 and 18 ns pulse duration in good agreement with experimental measurements obtained by Bijkerk(1992). The ratios of F-like 3s- »2p /Ne-like 3s- >2p line intensities have been calculated. Secondly, x-ray resonance lines between 8 Â and 13 Â and X-ray intensities from free-free and free-bound emission with the Si-, Al-, Mg-, Na-, Ne- and F -like ions emitted from copper plasmas created by KrF laser pulses have been modeled using single pulse and double pulse configurations. Laser energy to x-ray energy conversion efficiencies has been calculated. For example; 0.195 % x-ray conversion efficiency is calculated from copper plasma created using a 249 nm, 25 ns pulse duration KrF laser pulse focused to 2x1 013 W/cm2 in good agreement with experimental measurements obtained by Turcu et al. (1987). For iron target used to apply single KrF laser pulse intensities and pulse durations using for copper target x- ray resonance line intensities and x-ray intensities from free-free and free-bound emission have been calculated. For example, x-ray energy conversion efficiency for 2x1 013 W/cm2 and 18 ns pulse duration is calculated as 1.29 % over 2n sr. In double pulse applications, x-rays emitted from copper plasma media have modeled varying time intervals between 150 ps and 350 ps. m