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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

陶业争  
【摘要】: 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减小,当强度小于10~(14)W/cm~2时,不再有硬X射线产生。在10~(16)W/cm~2条件下,能量大于30keV的X射线的产额为1.4×107/炮。据我们所知,这是第一次报道在10~(16)W/cm~2、无预脉冲条件下,实验测量到这么高的超热电子温度。 在紫外(248nm)高强度(10~(17)W/cm~2)超短脉冲(440fs)激光辐照(450)固体靶(5mmCu片)的实验中,测量了硬(>30keV)X-射线连续谱,探测到了能量大于200keV的X-射线信号。用Maxwellian分布拟合能谱,超热电子温度为67keV。在本文的实验条件下,有质动力会明显抵消等离子体热膨胀。超热电子的产生机制,可能是共振吸收和真空吸收共同作用。从真空吸收给出的超热电子温度的定标率来看,实验中测量得到的超热电子温度是合理的。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减小,当强度小于10~(15)W/cm~2时,不再有硬X射线产生。要详细解释实验结果,还应该作2D的流体动力学和PIC的混合数值模拟。这是第一次实验测量紫外飞秒激光辐照固体靶产生的硬X-射线连续谱,为研究把紫外激光应用于惯性约束聚变“快点火”的可能性提供了实验数据。对比两种波长的实验结果发现,产生硬X射线的阈值和超热电子温度近似符合Ⅰλ~2定标率,两种波长的结果也是一个相互的验证。


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