超短超强激光与固体靶相互作用激发Kα特征线研究

【摘要】： 超短超强激光与固体靶相互作用时,在临界密度面附近产生超热电子。此超热电子在靶中传输时,会激发靶材料的Kα特征线辐射。利用这种Kα特征线辐射,能诊断超热电子在稠密等离子体内的输运和能量沉积等。其次,以脉冲形式辐射出的Kα线,是独特的Kα线光源,这种光源能量单一、空间尺度小(微米量级)、时间尺度短。综上所述,Kα线的研究具有极其广阔的应用前景。为了研究超短超强激光与固体靶相互作用所产生的超热电子行为,并使Kα线光源为未来所应用,本论文开展了超热电子在靶中输运过程中激发Kα特征线的ITS3.0程序计算和实验研究。 本论文首先介绍了强场与快点火物理的研究进展,系统阐述了激光与固体靶相互作用产生超热电子的物理机制,以及Kα特征线产生的原理和数值模拟程序ITS3.0。随后介绍了诊断超热电子的实验方法,然后给出相关计算结果以及实验研究结果。 本文利用ITS3.0蒙卡模拟程序对超热电子在固体靶中激发Kα特征线发射进行了模拟,研究了不同出射角度、不同靶厚和不同超热电子温度情况下Kα线强度变化,并将部分模拟计算结果与实验结果进行了比较,二者符合较好。模拟计算和实验数据结果显示:(1)偏离靶法线方向的角度越大,Kα的线强度越小;(2)存在着最佳的荧光层厚度,使得激发的Kα线强度最大;(3)当超热电子超过一定的温度时,荧光层的Kα线强度基本保持不变。 在中国工程物理研究院激光聚变研究中心的SILEX-I超短脉冲激光装置上,进行了复合靶和纳米靶的超热电子转换效率的实验。在复合靶实验中,利用两荧光层辐射出的Kα特征线强度比值,结合ITS3.0程序模拟结果,对向靶内输运的超热电子的温度进行了诊断。论证了利用双荧光层复合靶的Kα特征线强度比值诊断靶内超热电子温度的可行性。