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高强度超短脉冲激光与固体等离子体相互作用研究

首先建立了用于测量激光等离子体产生的超快硬X射线的、基于低本底HPGe谱仪的单光子测量方法和设备。采用符合技术,把本底计数几率降低到10~(-4)/炮。利用滤波片方法,验证了单光子测量方法的可靠性。测量了紫外超短脉冲激光等离子体中的光谱频移,分析表明是有质动力和等离子体热压力共同作用的结果。在中等强度(10~(16)W/cm~2)超短脉冲(120fs)红外(744nm)激光与固体靶相互作用实验中,测量了能量大于(30keV)的硬X射线连续谱。当P极化光以45~0照射5mmCu片时,探测到了能量为400keV的X-射线信号。能谱用Maxwellian分布拟合,得到超熟电子温度为85keV。真空吸收是产生高能超热电子的主导过程,从真空吸收给出的超热电子温度定标率来看,实验中测量得到的超热电子温度是合理的。但是,要详细解释实验结果,还应该结合具体的实验条件,进行2D的PIG数值模拟。X射线是各向同性的,X射线产额随入射激光强度的降低而  (本文共70页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国人民解放军国防科学技术大学
中国人民解放军国防科学技术大学

超短超强激光脉冲与高密度等离子体相互作用的粒子模拟研究

近年来,随着超短超强激光脉冲的迅猛发展和“快点火”研究的深入,超短超强激光脉冲与高密度等离子体相互作用成为当前激光等离子体领域的一个研究热点。本文的研究目的是:利用粒子模拟方法,对超短超强激光脉冲与高密度等离子体相互作用中高能强电流的产生和输运、准静态磁场产生、高能离子产生等物理过程进行研究。为了研究激光等离子体相互作用中复杂的非线性过程,本文研制了2D3V(空间二维,速度三维)直角坐标相对论全电磁粒子模拟程序APIC2D(Advanced Particle-in-cell 2D)。该程序的主要特点是对粒子模拟中的一些算法进行了优化,主要工作包括:1、将等离子体粒子模拟中得到广泛应用的Borris旋转推动粒子方法进行了改进。这种改进型Borris旋转方法在模拟电子的相对论动力学行为时具有相当高的计算精度,且耗费计算量较小。2、采用有效电流分配方法求电流密度。按这种方法求得的电流密度代入旋度方程所解得的电场,自动地满足散度方程,而...  (本文共105页) 本文目录 | 阅读全文>>

《强激光与粒子束》2002年05期
强激光与粒子束

有质动力对超短脉冲激光与固体等离子体相互作用的影响

当高强度超短脉冲激光加热固体靶时 ,激光能量沉积在表层区域 ,产生了反比于等离子体密度标长的热压力梯度 ,引起等离子体向真空的快速膨胀。膨胀速度可以近似认为是当地的离子声速 ,cs=ZkBTe/mi,其中 ,Z是粒子的电荷态 ,kBTe 是等离子体温度 ,mi 是离子质量。形成的密度分布可以表示为n =n0 exp(-x/cst) ,其中 ,n0 为固体初始密度 ,x是到初始固态位置的距离 ,t是经历的时间。等离子体密度梯度长度为L =n/ ( n/ x) ,定义等离子体密度梯度标长为L/λ,它是影响超短脉冲在固体等离子体中吸收机制的决定性因素[1] 。  引起等离子体向真空膨胀的热压力梯度 ,在高激光强度条件下会被激光场的压力梯度抵消。由场压力梯度引起的力称为有质动力 ,可以表示为FP=- (e2 / 4meω2 ) E2 (x) ,其中e,me,ω和E分别是电子电荷、电子质量、入射激光圆频率和电场强度。有质动力将把等离子...  (本文共3页) 阅读全文>>

《原子能科学技术》2008年12期
原子能科学技术

超短脉冲激光与固体等离子体相互作用实验研究

超短脉冲激光的出现开辟了许多新的研究领域,其中,Tabak等[1]提出的“快点火”惯性约束聚变(ICF)的方案引起了人们极大的兴趣。快点火的核心内容是将压缩与点火分开,首先利用长脉冲激光束压缩D-T燃料到某一中间状态,形成低温高密度的等离子体球,然后利用超高超强的超短脉冲激光与此等离子体球相互作用,利用产生的有质动力排开等离子体形成打洞过程,超短超强激光通过“洞”传输到靶芯,产生MeV高能电子,这些电子进入靶芯实现点火,产生热核反应。快点火方式成为当今ICF研究的一个热点。与具有丰富实验和理论基础的传统点火方式相比,快点火还处于初级阶段,需各种实验条件下的实验和理论模拟来加以改进,其中的关键问题之一是超短脉冲激光与固体密度靶相互作用中的超热电子产生。针对超热电子的产生机制已进行了大量的实验与理论研究,结果表明:超热电子可能是由共振吸收、“真空”加热、有质动力加热和反常表面效应[2]等反常吸收机制所产生。不同的吸收机制给出不同的超...  (本文共4页) 阅读全文>>

《中国原子能科学研究院年报》2007年00期
中国原子能科学研究院年报

超短脉冲激光与固体等离子体相互作用实验研究

实验研究了超短脉冲激光(744nm/120fs/12mJ)与固体(Cu)等离子体相互作用产生超热电子的能谱与角分布,能谱利用电子磁谱仪与成像板(IP)探测器进行测量,角分布采用IP在入射平面内进行测量。在无预脉冲、P极化激光45o斜入射的条件下,采用Maxwellian分布拟合得到超热电子温度为56keV,超热电子主要沿着靶法线方向发射。产生超热电子的主导机制为真空加热,等离...  (本文共2页) 阅读全文>>

中国工程物理研究院
中国工程物理研究院

基于超短超强激光脉冲与多组分等离子体相互作用的单能质子束产生的理论模拟研究

近年来,随着激光技术的迅速发展以及“快点火”研究的逐渐深入,超短超强激光脉冲与等离子体相互作用得到了越来越多的关注。高强度、高对比度的激光脉冲与等离子体相互作用所产生的静电场场强可以达到1012V/m,这为新型台面激光粒子加速器的发展创造了条件。而高能质子在癌症治疗、高精度成像、“快点火”以及实验室天体物理等方面都有重要的应用前景。本论文借助理论解析和数值模拟的研究方法,对基于超强激光与多组分等离子体相互作用的单能质子束的产生进行了系统的研究和讨论,着重对超强激光辐照碳氢混合固体靶产生高能质子、激光在低密度等离子体气体中传播激发尾场、激光尾场对高能质子的俘获与加速等等离子体物理领域的前沿问题进行了理论和数值模拟研究。主要内容包括以下三个部分:第一部分研究了超强激光与碳氢混合固体靶的相互作用。在适当的激光与固体靶参数条件下,质子的辐射压加速机制占主导作用。当一束高强度的圆偏振激光脉冲辐照在固体靶上时,由于电子的荷质比相当于质子的大...  (本文共80页) 本文目录 | 阅读全文>>