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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

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>>

浙江大学
浙江大学

激光与等离子体相互作用产生极端光场及正负电子群的膨胀

短脉冲光源的发展使得人们能够在更短的时间尺度上去探索物质的性质,涉足如高能量密度物理等以前未能探索的研究领域。由于短脉冲光源在各个领域上都有应用,所以一代又一代新的辐射源不断地发展起来,提供强度更高、波长更短和持续时间更短的辐射。在激光技术的促进下,以激光等离子体为基础的小型辐射源发展起来。本篇论文的其中一个方面就是用短脉冲激光与固体薄膜靶相互作用产生超短的强辐射。短脉冲技术的发展在另一方面使得激光聚焦强度有了显著提高。随着激光强度的进一步增强,全新的物理过程将展现在我们眼前。当强度接近1029W/cm2时,光可以从真空中产生正负电子对。另外,宇宙中,正负电子对等离子体非常普遍;并且随着激光与强场量子电动力学的发展,在实验室条件下就可能产生正负电子对等离子体。因此,研究正负电子等离子体的行为就很有必要。本篇论文的另外一个内容就是研究膨胀的正负电子等离子体中的非线性行为。基于上面提到的两个方面,论文的主要内容如下:1、通过相对论粒...  (本文共100页) 本文目录 | 阅读全文>>

《物理学报》2000年11期
物理学报

对超热电子诱生的磁场分布的估算

1 引言在激光等离子体相互作用过程中 ,自生磁场的产生及其与等离子体的相互作用具有极为重要的意义 .自 1971年Stamper利用线圈探测到激光等离子体相互作用过程中的自生磁场[1] 之后 ,人们对其进行了较为详细的理论与实验研究 .基本认为 ,在长标长等离子体中大尺度环形磁场的主要产生机制是由于密度梯度与温度梯度的方向不一致造成的 ,即Δn×ΔT机制 ,其数量级可达到 10 2 T .另外 ,等离子体中各种不稳定性、有质动力、激光成丝等过程也均可以产生较强的小尺度磁场 .这些磁场对激光能量的吸收、电子的输运等多种过程将产生很大的影响 .进入 90年代 ,由于超短脉冲啁啾放大技术的出现 ,人们发展了高功率的超短脉冲激光器 .在此基础上 ,Tabak等人提出了快点火的概念[2 ] .在快点火过程中 ,磁场具有举足轻重的作用 .因此人们对超短脉冲激光与等离子体相互作用中的自生磁场产生了广泛的兴趣 .1992年Wilks等人在激光强...  (本文共6页) 阅读全文>>

《强激光与粒子束》1993年03期
强激光与粒子束

黑腔靶中超热电子特性研究

1 引 言 在激光聚变研究中,超热电子一直受到理论和实验工作者的普遍关注,尤其在长的激光波长(1.053“m)和黑腔的实验条件下,较大的等离子体尺度和严重的流体不稳定性,导致产生更高电子产额。 入射激光与腔靶等离子体非线性相互作用过程中,由于共振吸收、受激Raman散射等集体过程,直接把激光能量转化为Langmuir波能量,然后通过朗道阻尼形成几十甚至上百’keV以上超热电子,这对ICF十分不利。因为一方面它与经典逆轫致吸收竞争,减少激光的正常吸收,耗散激光能量,在间接辐射驱动中,直接影响x光转换效率。另一方面超热电子射程长,易进入氘氚热核区预热,影响内爆效率。因此,在ICF研究中要深入研究不同情形下超热电子产生规律,以便寻找控制和预防超热电子产生的因素。自70年代起,拥有大利激光器的各实验室都相继开展了这方面的研究‘卜引。其中以美国的LLNL、KMS聚变公司、Rochester大学、日本大坂大学激光工程研究所和苏联列别捷夫物理...  (本文共10页) 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》2011年07期
物理学报

超热电子与金黑腔靶作用产生硬X射线的蒙特卡罗模拟

1.引言当激光与物质相互作用时,预脉冲或脉冲前沿首先将物质表面离化产生等离子体,主脉冲激光和激光后续部分与形成的等离子体继续作用,在激光能量吸收过程中由于多种非线性作用过程(受激拉曼散射、共振吸收或双等离子体衰变等)将少部分激光能量转化为高温的超热电子群(温度20—50keV)和超超热电子群(通常温度大于100keV).超热电子和超超热电子对激光聚变非常不利,因为一方面它与经典逆韧致吸收竞争减少激光正常吸收,耗散激光能量从而影响间接辐射驱动中X光的转换效率,另一方面超热电子射程长,进入到靶丸预热燃料导致熵增,从而降低内爆效率[1—6].相比较而言,超热电子数量比超超热电子大得多,因此,超热电子的温度和产额是人们关注的重点.目前,对超热电子的诊断可以分为直接诊断和间接诊断两种途径.利用电子谱仪和辐射剂量探测器测量电子能谱和高能电子产额属于直接测量[7—9],通过这些测量可以获得超热电子穿过稠密等离子体和冷靶材料后的信息.直接测量的...  (本文共7页) 阅读全文>>