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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>>

中国工程物理研究院
中国工程物理研究院

超热电子输运及相关现象研究

激光惯性约束聚变(ICF)的快点火方式自1993年提出以来,因为其放宽了对驱动压缩对称性和点火能量的要求迅速成为ICF研究的热点之一。但是由于开展时间短,快点火机制中的许多物理还需要仔细研究,其中超热电子在稠密等离子体中的输运问题就是一个复杂,然而对快点火机制至关重要的物理问题。在快点火机制中,当燃料的预压缩完成后,需要从外围注入一束超短超强激光并在临界面处产生大量定向性很好的超热电子,超热电子继续向高密度区传输并在高密度区一个很小尺度的范围(20微米左右)沉积能量形成点火热斑。超热电子大约需要传输几十微米的距离,而且传输区域的等离子体密度是临界面密度的2~3个量级,甚至更高。利用超短超强激光与固体靶相互作用产生超热电子并研究超热电子在固体靶中的输运过程和相关现象是了解超热电子在稠密等离子体中输运的有效方法。论文首先分析传统ICF中心点火方式的过程和遇到的困难,以及快点火机制涉及的物理问题,提出了论文研究具体内容。介绍了相关内容...  (本文共112页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国工程物理研究院
中国工程物理研究院

带电粒子在强激光和强磁场中的共振加速机制及其在实验天体物理中的应用

本论文围绕惯性约束聚变ICF中“快点火”方案的关键问题——超强激光与等离子体相互作用产生的近亿高斯磁场,对点火电子的加速和准直效应,采用了试验电子模型,从解析和数值两方面进行了分析,得到电子在强激光和强磁场中的共振加速机制,发现由圆偏振激光所产生的轴向自生磁场,可以帮助激发能量适中、准直好的点火电子,而采用线偏振激光作驱动源则无此现象发生,这是因为线偏振激光不能激发轴向自生磁场。此外,强磁场与高频电磁波可以形成带电粒子的共振加速机制,它有可能直接应用在脉冲星表面,因为那里有强轴向磁场以及由各种能隙结构引起的高频电磁辐射和相对数目的电子。数值模拟表明,由这种机制产生的高能电子所发出的辐射是连续谱的同步加速辐射,这正是天文观测所观测到的。在第一章,简单介绍了传统惯性约束聚变和“快点火”方案,指出了“快点火”方案的优点以及实现“快点火”方案的关键问题,为本课题的开展提供了依据。“快点火”方案的关键问题是激光等离子体相互作用中的物理问题...  (本文共198页) 本文目录 | 阅读全文>>

四川大学
四川大学

强场物理中超热电子的产生及渡越辐射的实验研究

本论文研究了超短超强(US-UI)激光与等离子体相互作用中超热电子的产生、输运和渡越辐射。国内我们首次在100TW相对论激光功率密度的条件下,研究了超短超强激光与等离子体相互作用产生的超热电子渡越辐射(TR),获得一些国内外未见报道的新的物理结果。这些结果不仅对于理解超短超强激光与等离子体相互作用的物理机制有益,而且对惯性约束聚变(ICF)中“快点火”(Fast ignition)方案的物理设计也是非常重要的基础工作之一。激光惯性约束聚变(ICF)的快点火方式自1994年提出以来,因为减小点火能量的要求和放宽了对驱动压缩对称性迅速成为ICF研究的热点之一。但是由于开展时间短,快点火机制中的许多物理过程还需要仔细研究,其中超热电子在稠密等离子体中的输运问题就是一个复杂,但对快点火机制是至关重要的物理问题。论文首先对激光技术的发展以及由此产生的一门崭新的学科—超短超强激光与物质相互作用(或称为强场物理)的研究进展作了简要介绍,其中包...  (本文共146页) 本文目录 | 阅读全文>>

《核聚变与等离子体物理》2014年01期
核聚变与等离子体物理

激光-薄膜靶相互作用中前向超热电子的产额及能量转化效率

1引言自1994年Tabak等人[1]提出“快点火”概念以来,快点火技术研究很快成为国际上研究的热点。简单地讲,“快点火”就是采用超短超强激光脉冲与等离子体相互作用产生的超热电子迅速加热已压缩的氘氚(DT)小球,从而实现聚变点火。超热电子(特别是前向超热电子)发射的方向、产额、能量及激光能量转换为超热电子能量的效率等问题对于“快点火”研究就显得极其重要,是“快点火”方案设计重要的参考数据。在激光-等离子体相互作用过程中,超热电子可以通过不同的吸收或加热机制产生,例如共振吸收[2]、真空加热[3,4]、有质动力V×B加热[5,6]和激光尾流场加热[7,8]等。不同的加热机制产生的超热电子发射方向、能量以及能量转换效率是不同的。为了解超热电子发射方向,超热电子的产额以及激光能量转换为超热电子能量的效率,测量超热电子的空间分布和超热电子的能量分布是非常重要的实验研究手段。关于超热电子空间分布的研究已经有许多报道。Malka等[5]和T...  (本文共5页) 阅读全文>>

《物理学报》2000年03期
物理学报

短波长激光超热电子产生与抑制机理的研究

1 引言在激光聚变研究中,为了提高靶的激光吸收效率,降低反常吸收,以及抑制超热电子对靶丸预热,实现高效率内爆,研究短波长激光超热电子产生和抑制机理,并寻找抑制超热电子的有效途径,是激光惯性约束聚变(ICF)基础研究的重要课题.通常认为激光与等离子体非线性相互作用激发的电子等离子体波是产生超热电子的主要根源.产生电子等离子体波的主要机制是SRS(受激Raman散射):ω0→ωs+ωepω;TPD(双等离子体衰变):ω0→ωepω1+ωepω2;IAD(离子声衰变):ω0→ωepω+ωia;RA(共振吸收):ω0→ωepω.此外,自聚焦与成丝过程可以增强各非线性过程的发展,可以激发更强的电子等离子体波,可以产生更多超热电子.大量实验证明[1—3],在长波长(106μm)、长脉宽、大尺度腔靶中,产生超热电子的主要机制是SRS,高强度、短脉宽、小焦斑产生超热电子的主要机制是RA,因此超热电子的产生与激光参数和等离子体尺度有密切的关系.2...  (本文共5页) 阅读全文>>