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飞秒激光与固体靶相互作用产生的硬X射线能谱测量研究

陈豪  
【摘要】:强场物理是最近几年迅速发展起来的惯性约束聚变(ICF)的研究新方向。与传统惯性约束聚变中心点火方式不同,它提出“快点火”的概念。“快点火”的许多优点显示用超短脉冲实现惯性约束聚变是有前景的,也是最经济的。根据“快点火”概念的设想,超短脉冲与等离子体相互作用产生的超热电子能有效地点燃热核燃料,所以超热电子的研究在强场物理中是一个很重要的课题。它的产额,温度及其在靶中的输运等都是重点研究的对象。超热电子在靶和稠密等离子体中输运时与离子碰撞产生很强的轫致辐射,理论上它们具有相同的能量分布,测量轫致辐射谱能间接地得到超热电子温度。 随着激光强度的增加,激光与等离子体相互作用产生的超热电子和轫致辐射的能量也越来越高,传统诊断硬X射线能谱的方法(比如,滤波-荧光谱仪)已不能满足实验的要求,探索新的诊断硬X射线能谱的方法成了一个重要的研究课题。近年来,热释光技术已经发展成熟,剂量片的高灵敏度,宽量程,小体积等优点引起了人们的青睐。美国率先用Li2B4O7和CaSo4熱释光剂量片和几种吸收滤片测量了0.5~3 的硬X射线的能谱,但国内在强场物理研究中利用热释光技术诊断硬X射线能谱的工作还没有开展,我们首先探索了用灵敏度更高的LiF热释光探测器诊断硬X射线能谱的方法,并在实验中获得了理想的结果。 文章首先介绍了传统惯性约束聚变和“快点火”的研究进展,阐述了激光与等离子体相互作用的基本原理,回顾了近期硬X射线的研究现状,重点论述了LiF热释光探测器在辐射场中的剂量学问题,推导出基本剂量学之间的重要关系。在这些理论基础上,本文详细地阐述了用LiF热释光 WP=3 探测器诊断硬X射线能谱的方法,硬X射线谱仪的设计和用Maple高级语言编写的解谱程序。为验证该方法的可行性,我们用硬X射线谱仪测量了标准源137Cs的能谱,实验结果和其它方法测量的结果相吻合。在强场物理实验中,我们测量了飞秒激光与等离子体相互作用产生的硬X射线能谱,并拟合出超热电子的温度。实验结果与用电子磁谱仪测得的温度是一致的,都满足同一个超热电子温度定标率。这说明用LiF热释光探测器诊断硬X射线能谱在实验上是可行的,并具有独特的优点,是一个值得探索的诊断方法。


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