Precision Measurements of X-Ray Spectra for the Diagnosis of Laboratory Astrophysical Plasma

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A technique is described for achieving high accuracy (relative error up to ≈0.001%) for measuring the absolute wavelengths of the spectral lines of multiply charged ions with an average (Z = 17–25) by the nuclear charge, the spectra of which can be used for plasma diagnostics in laboratory astrophysics experiments. It is based on irradiation with subnanosecond laser pulses with an intensity of 1015–1016 W/cm2 targets with a multicomponent chemical composition, including atoms with both medium and low Z. The presence of the latter ensures the presence in the emission spectrum of the resulting laser plasma of lines of hydrogen-like ions used as references. An atomic-kinetic code was created, and the intensities of possible reference and investigated spectral lines were calculated. The principles of selecting the target material, the features of the implementation of the technique on the example of a focusing spectrometer with spatial resolution based on spherically curved mica and α-quartz crystals are considered, and specific parameters of spectrometer circuits and types of targets for precision measurement of the wavelengths of spectral lines of helium- and lithium-like ions with nuclear charges Z = 13–25 are given. The results obtained in this work will be used in the planning of fundamental X-ray spectral studies at the ELF laser facility being developed at MEPhI.

About the authors

S. N. Ryazantsev

National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: ryazantsev.serj@gmail.com
Moscow, Russia; Moscow, Russia

I. Yu. Skobelev

National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: ryazantsev.serj@gmail.com
Moscow, Russia; Moscow, Russia

A. P. Kuznetsov

National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)

Email: ryazantsev.serj@gmail.com
Moscow, Russia

R. K. Kulikov

National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: ryazantsev.serj@gmail.com
Moscow, Russia; Moscow, Russia

S. A. Pikuz

National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ryazantsev.serj@gmail.com
Moscow, Russia; Moscow, Russia

References

  1. С. А. Пикуз, И. Ю. Скобелев, А. Я. Фаенов, Я. С. Лав-риненко, В. С. Беляев, В. Ю. Клюшников, А. П. Матафонов, А. С. Русецкий, С. Н. Рязанцев, А. В. Бахмутова, Теплофизика Высоких Температур 54, 453 (2016).
  2. В. В. Кузенов, С. В. Рыжков, Теплофизика Высоких Температур 59, 492 (2021).
  3. A. Y. Faenov, S. A. Pikuz, A. I. Erko, B. A. Bryunetkin, V. M. Dyakin, G. V. Ivanenkov, A. R. Mingaleev, T. A. Pikuz, V. M. Romanova, T. A. Shelkovenko, Phys. Scr. 50, 333 (1994).
  4. С. Н. Рязанцев, И. Ю. Скобелев, М. Д. Мищенко, С. А. Пикуз, Теплофизика Высоких Температур 58 (2020).
  5. А. Н. Зайдель, Г. В. Островская, Ю. И. Островский Техника и Практика Спектроскопии (Физика и техника спектрального анализа. Библиотека инженера) (Наука, М., 1976).
  6. E. D. Filippov, S. S. Makarov, K. F. Burdonov, W. Yao, G. Revet, J. Béard, S. Bolaños, S. N. Chen, A. Guediche, J. Hare, D. Romanovsky, I. Yu. Skobelev, M. Starodubtsev, A. Ciardi, S. A. Pikuz, J. Fuchs, Sci. Rep. 11, 8180 (2021).
  7. E. D. Filippov, I. Yu. Skobelev, G. Revet, S. N. Chen, B. Khiar, A. Ciardi, D. Khaghani, D. P. Higginson, S. A. Pikuz, J. Fuchs, Matter and Radiation at Extremes 4, 064402 (2019).
  8. I. Y. Skobelev, S. N. Ryazantsev, D. D. Arich, P. S. Brat-chenko, A. Y. Faenov, T. A. Pikuz, P. Durey, L. Doehl, D. Farley, C. D. Baird, K. L. Lancaster, C. D. Murphy, N. Booth, C. Spindloe, P. McKenna, S. B. Hansen, J. Colgan, R. Kodama, N. Woolsey, S. A. Pikuz, Photonics Res. 6, 234 (2018).
  9. S. G. Bochkarev, A. Faenov, T. Pikuz, A. V. Brantov, V. F. Kovalev, I. Skobelev, S. Pikuz, R. Kodama, K. I. Po-pov, V. Yu. Bychenkov, Sci. Rep. 8, 9404 (2018).
  10. C. P. Bhalla, A. H. Gabriel, L. P. Presnyakov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 172, 359 (1975).
  11. А. В. Виноградов, И. Ю. Скобелев, Письма в ЖЭТФ 27, 97 (1978).
  12. A. V. Vinogradov, I. Yu. Skobelev, E. A. Yukov, Zh. Eksp. Teor. Fiz 72, 162 (1977).
  13. А. В. Виноградов, И. Ю. Скобелев, Е. А. Юков, Квантовая Электроника 2, 1165 (1975).
  14. А. В. Виноградов, И. Ю. Скобелев, Е. А. Юков, Физика Плазмы 3, 686 (1977).
  15. E. Oks, E. Dalimier, A. Y. Faenov, P. Angelo, S. A. Pikuz, T. A. Pikuz, I. Y. Skobelev, S. N. Ryazanzev, P. Durey, L. Doehl, D. Farley, C. Baird, K. L. Lancaster, C. D. Mur-phy, N. Booth, C. Spindloe, P. McKenna, N. Neumann, M. Roth, R. Kodama, N. Woolsey, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 50, 245006 (2017).
  16. V. P. Gavrilenko, A. Ya. Faenov, A. I. Magunov, T. A. Pikuz, I. Yu. Skobelev, K. Y. Kim, H. M. Milchberg, Phys. Rev. A (Coll Park) 73, 013203 (2006).
  17. V. S. Belyaev, V. I. Vinogradov, A. S. Kurilov, A. P. Matafonov, V. S. Lisitsa, V. P. Gavrilenko, A. Ya. Faenov, T. A. Pikuz, I. Yu. Skobelev, A. I. Magunov, S. A. Pikuz, Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters 78, 703 (2003).
  18. V. A. Boiko, A. V. Vinogradov, S. A. Pikuz, I. Yu. Skobelev, A. Ya. Faenov, Journal of Soviet Laser Research 6, 85 (1985).
  19. В. А. Бойко, В. Г. Пальчиков, И. Ю. Скобелев, А. Я. Фа-енов Спектроскопические Константы Атомов и Ионов (Спектры Атомов с Одним и Двумя Электронами) (Издательство стандартов, М., 1988).
  20. И. Ю. Скобелев, П. А. Лобода, С. В. Гагарин, С. В. Ив-лиев, А. И. 3 Козлов, С. В. Морозов, С.А Пикуз мл., Т. А. Пикуз, В. В. Попова, А. Я. Фаенов, Оптика и Спектроскопия 120, 531 (2016).
  21. M. F. Gu, Can J Phys 86, 675 (2008).
  22. T. A. Pikuz, A. Y. Faenov, A. I. Magunov, I. Y. Skobelev, F. Blasco, C. Stenz, F. Salin, P. Monot, T. Auguste, S. Dobosz, P. d’Oliveira, S. Hulin, M. Bougeard, IEEE International Conference on Plasma Science (edited by G.A. Kyrala, J.-C. J. Gauthier, pp. 14–25, 2001).
  23. M. S. del Rio, L. Alianelli, A. Y. Faenov, T. Pikuz, Phys. Scr. 69, 297 (2004).
  24. G. Hölzer, O. Wehrhan, J. Heinisch, E. Förster, T. A. Pikuz, A. Y. Faenov, S. A. Pikuz, V. M. Romanova, T. A. Shelkovenko, Phys. Scr. 57, 301 (1998).
  25. K. Jungwirth, A. Cejnarova, L. Juha, B. Kralikova, J. Kra-sa, E. Krousky, P. Krupickova, L. Laska, K. Masek, T. Mocek, M. Pfeifer, A. Präg, O. Renner, K. Rohlena, B. Rus, J. Skala, P. Straka, J. Ullschmied, Phys. Plasmas 8, 2495 (2001).
  26. А. П. Кузнецов, В. Н. Деркач, К. Л. Губский, И. Н. Воронич, С. А. Бельков, С. Г. Гаранин, Сборник Научных Трудов IV Международной Конференции Лазерные, плазменные исследования и технологии – ЛАПЛАЗ-2018 (Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” Москва, pp. 439–449, 2018).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (551KB)
3.

Download (84KB)
4.

Download (30KB)

Copyright (c) 2023 С.Н. Рязанцев, И.Ю. Скобелев, А.П. Кузнецов, Р.К. Куликов, С.А. Пикуз

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies