超强激光与固体靶作用驱动量子电动力学级联和稠密正电子产生的研究进展

极端超短超强激光脉冲的诞生将光与物质的相互作用推进到由辐射阻尼效应和量子电动力学(QED)效应占主导的高度非线性物理范畴。强场QED效应蕴含了丰富的物理过程包括辐射阻尼、高能伽马辐射、正负电子对产生、QED级联、真空极化等,是高能量密度物理和强场物理研究领域的前沿热点。QED级联是解释致密天体辐射和伽马射线暴形成的重要物理机制,其产生的稠密正电子源在高能物理、材料无损探测、癌症诊断等领域亦有重要的应用前景。介绍了QED级联过程及其理论模型,讨论了固体靶中的QED级联发展及其诱导的非线性物理效应,并回顾了固体靶中稠密正电子产生的主要研究成果。

超强超短激光与固体靶相互作用产生准静态磁场的研究

建立了一个超强超短激光脉冲与固体密度等离子体相互作用,产生超热电子和环形磁场的简单模型.通过演算,得到了在相互作用过程中,有质动力、超热电子、自生磁场三者之间的关系.

强激光-固体靶相互作用中高能质子的研究进展

本文介绍了强激光与固体靶相互作用产生高能质子研究中的一些重要物理问题和目前面临的挑战.回顾了强激光与固体靶相互作用中高能质子研究的历史和发展状况;简要叙述了国内外关于高能质子研究的最新进展;总结、评述了高能质子研究过程中关于高能质子的起源和加速机制等问题存在的争议以及需要进一步研究的相关问题.

激光烧蚀等离子体射流与固体靶相互作用实验研究

利用激光烧蚀等离子体射流可以获得数km/s甚至上千km/s的射流速度,远超目前绝大多数设备所能提供的模拟速度,并且覆盖了极大的温度与密度范围,作为加载手段具有广阔的应用前景。通过实验方法,探索和发展激光烧蚀等离子体射流这一新型实验模拟手段,利用高功率激光烧蚀产生高温高压等离子体射流,实现超高速气体动力学实验室模拟的新途径。以此作为加载条件,研究超高速物体与气体相互作用的气体动力学特性。通过建立激光烧蚀等离子体射流与固体靶相互作用实验方法,可进一步研究等离子体射流的产生、发展以及高速物体气体动力学,为下一步开展天体物理、小行星形貌、超高速陨石与行星大气相互作用机制等相关研究奠定基础。

紫外超短脉冲激光辐照固体靶产生硬X射线研究

实验研究了紫外高强度超短脉冲激光 (2 4 8nm,4 4 0 fs,5 0 m J)辐照固体靶时产生的硬 X-射线 (大于 30 ke V)能量连续谱 ,靶上强度达到 10 1 7W/ cm2 。 P极化光 4 5°照射 5 mm铜片 ,实验探测到了能量大于 2 0 0 ke V的 X射线信号 ,利用 Maxwellian分布拟合能谱得到了的超热电子温度为 6 7ke V。

超强度激光与等离子体相互作用的数值研究

用超粒子模拟方法(Particle in Cell Method)数值研究了超强激光(1020W/cm2)与等离子体相互作用后产生的粒子束收缩问题.结果表明,由于超强激光照射的等离子体靶形的改变,直接影响被加速的粒子束收缩.阐述了激光辐照三角形壳靶时,等离子体向心会聚过程的数值模拟实验结果.

超短超强激光与固体靶相互作用中背表面光发射的实验研究

从金属箔背表面测量了超热电子穿越固体靶产生的光发射.光发射积分成像图案呈圆环状,在圆环边缘附近出现局部化明亮光信号确定为光学渡越辐射;光发射光谱在300—500nm之间出现一系列非周期锐利尖峰,在400nm(2ω)附近的尖峰较明显,这个光发射取决于v×B加热机制产生的超热电子束的微束团引起的相干渡越辐射,(v为电子电度,B为磁场强度),光强随靶厚度的增加而减小.

基于超短脉冲激光与固体靶等离子体相互作用的强场太赫兹辐射

超短脉冲强激光与固体靶等离子体相互作用过程中可产生超宽带强场太赫兹辐射,脉冲能量从几十μJ至上百mJ以上,频谱带宽超过整个太赫兹波段,峰值电场强度可达几十MV/cm,峰值磁场强度达到几T,其辐射特性和参数取决于不同的激光参数和打靶条件,可归咎于不同的产生机制。综述了超快强激光与固体靶等离子体相互作用产生强场太赫兹波的几种主要机制或理论模型,及其涉及的几个典型实验。对这些机制的理解将有助于实现这类太赫兹辐射源的主动调控和优化,以提高能量转换效率。由于这类脉冲太赫兹辐射源峰值电场和磁场很强,在物理、化学、材料、生物医学等许多领域有许多新的潜在的重要应用。

飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子能量分布的实验研究

用 3TW飞秒激光器研究了激光 固体靶相互作用中产生的超热电子的能量分布 .超热电子构成各向异性的能量分布 :在靶法线方向 ,超热电子能谱呈类麦克斯韦分布 ,拟合的温度约为 2 0 6keV ,该方向占主导地位的加速机理是共振吸收 ;在激光反射方向 ,超热电子能谱先是出现一个局部的平台 ,然后逐渐衰减 ,呈现非类麦克斯韦分布 ,这是由于几种加热机理共同作用的结果 ,其中占主导地位的是反射激光对电子的加速 .在靶法线方向超热电子的温度和产额均大于激光反射方向超热电子的温度和产额 。

超短脉冲强激光与固体靶相互作用产生超热电子的能谱研究

较详尽地描述了能对激光与靶物质相互作用所产生的超热电子进行直接测量的电子磁谱仪的建造及其相应的参量,并利用这台磁谱仪测量了超短脉冲强激光与靶物质相互作用后出射的超热电子的能谱,在5×1015W/cm2的激光强度下,超热电子的最大能量大于500keV,能谱结构呈双温Maxwell分布,能谱的峰值出现在50keV附近。

激光与固体靶作用产生高次谐波的振荡镜面模型

利用振荡镜面模型解析地研究了激光与固体靶相互作用产生高次谐波的物理过程 .比较了利用镜面模型的结果与粒子模拟及实验结果的异同 。

飞秒激光与固体靶相互作用过程中真空加热机制

着重研究了飞秒激光在无预脉冲时与固体靶的相互作用过程.实验和粒子模拟（PIC）研究表明,在此条件下,激光脉冲对等离子体的真空加热和逆纫致吸收是激光能量被吸收的主要机制.实验中发现电子和X射线能谱均具有双温结构.较低的电子温度可以归因于激光场对电子的驱动;较高的电子温度则是由于激光诱导的电场对电子的加速造成的.对PIC模拟获得的反射激光脉冲的频谱研究显示,等离子体的密度标长很大程度上决定了激光吸收和电子加速的机制.

单光子入射方法测量超快硬X射线能谱

利用单光子入射方法测量了高强度超短脉冲激光 (1 3 0fs,1 0 16 W cm2 ,744nm)与固体等离子体相互作用产生的超快 (ps)硬X射线 (>3 0keV)能量连续谱。采用铅屏蔽、激光脉冲和线性门同步符合技术将HPGeX射线谱仪的本底计数率降低到 1 0 -4 炮 ,满足了单光子计数时的低本底要求。用该谱仪实际测量了激光等离子体产生的超快硬X射线能谱 ,所得结果与理论预期符合。

激光等离子体动量转换效率的实验研究

强激光与固体靶相互作用时 ,产生的高速喷射的等离子体对靶具有强烈的反冲作用 ,因此 ,激光等离子体可以作为一种新型的推进动力源 .与传统的化学燃料推动相比 ,激光等离子体具有较高的比冲和有效载荷比等特点 .对纳秒激光脉冲与铝、石墨、铅和碳氢靶相互作用时 ,等离子体对靶的冲量进行了实验测量 ,研究了大气与真空环境下的靶动量与激光聚焦面积的关系 ,并对部分实验结果与理论计算的数值进行了比较 .实验结果显示 ,大气与真空环境下的靶动量有很大的差异 ,并且真空下的靶动量受材料性质的影响较大 。