Лабораторное моделирование и исследование методами рентгеновской изображающей спектроскопии высокогоразрешения явлений в астрофизике, приводящих к образованию плазменных струй, сильных ударных волн и нагретогоплотного вещества

Выполнена экспериментальная программа по моделированию в лабораторных условиях различных процессов и состояний вещества, характерных для плазмы астрофизических объектов. Проведены эксперименты на установках PEARL в ИПФ РАН, PHELIX в GSI (Германия), PICO2000 и ELFIE в лаборатории LULI Ecole Polytechnique (Франция). Изучены механизмы плазменного ускорения заряженных частиц до релятивистских энергий в мишенях из алюминиевых фольг толщиной в диапазоне от 10 до 0,3 мкм, при облучении их фемтосекундными лазерными импульсами мощностью до 0,15 ПВт. Получены потоки протонов с энергией до 43 МэВ. Исследованы процессы генерации плазменных электромагнитных полей, приводящих к ускорению частиц, в зависимости от параметров лазерного импульса и характеристик мишени. Разработана экспериментальная платформа для изучения взаимодействия двух противонаправленных потоков быстрых (0,05 - 20 МэВ) протонов в присутствии сильного (20 Т) внешнего магнитного поля. Разработан рентгеноспектральный метод диагностики рекомбинирующей лазерной плазмы, позволяющий измерять электронную температуру и плотность плазменных, в том числе сверхзвуковых, струй с пространственным разрешением вдоль оси струи при ее взаимодействии с препятствием, окружающим газом и внешними магнитными полями. Получены экспериментальные результаты по изучению структуры и динамики плазменных струй с астрофизическим подобием при их распространении со скоростями 100 - 300 км/с в межзвездном газе и/или в присутствии сильного внешнего магнитного поля. Развиты методы протонной и рентгеновской радиографии применительно к лабораторным астрофизическим экспериментам на сверхмощных лазерных установках. Получены радиографические изображения и определены профили плотности лазерно-индуцированных сверхзвуковых плазменных потоков, с пикосекундным временным разрешением в различных условиях распространения. Изучены механизмы развития обратных ударных волн и радиационных ударных волн в сверхзвуковых плазменных потоках. Изучены плазменные струи, полученные при облучении мощным наносекундным импульсом специальных конических мишеней и распространяющиеся в азотной атмосфере, моделирующей межзвездную среду. Продемонстрировано, каким образом эффект коллимации струй зависит от плотности окружающей среды. Промоделирован процесс образования аккреционных колонн в двойных звездных системах при взаимодействии сверхзвуковой плазменной струи с твердотельным препятствием в присутствии внешнего магнитного поля; рентгеноспектральным методом определена степень прогрева плазмы в области взаимодействия. На основе полученных экспериментальных данных проведена верификация существующих гидродинамических моделей процессов, наблюдаемых для молодых звездных образований. Изучено состояние вещества с твердотельной плотностью, изохорически нагреваемого до температур 50 эВ потоками релятивистских электронов, ускоренных полем пикосекундного лазера петаваттной мощности. В измерениях впервые различены области поверхности мишени, разогревающиеся по смешанным механизмам, и область, нагреваемая только вкладом горячих электронов. Выполнено сравнение экспериментальных данных с результатами моделирования, где выделяется как роль удержания электронов внутри проволочки, так и важность резистивной тормозной способности в горячем плотном веществе. В экспериментах на лазерных установках PHELIX (GSI) и "Камертон-Т" (ИОФ РАН) определена откольная прочность графита при деформировании со скоростью 10/мкс. Проведены квантово-статистические расчеты термодинамических характеристик плазмы, состоящей из химических элементов и их смесей (C, H, O, He, Li, Fe, Si, Cr, Ni), при высоких температурах и давлениях, достигаемых в астрофизических объектах, в рамках моделей Томаса - Ферми, Томаса - Ферми с поправками, Хартри - Фока - Слэтера и ионной модели.