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电子磁谱仪的研制与超热电子温度的测量

李业军  
【摘要】:本文首先介绍了超热电子磁谱仪的研制,它的工作原理是利用带电粒子在匀强磁场由于受到洛沦兹力的作用而做圆周运动。在等离子体物理中还应考虑其它作用力的影响。因此在谱仪的设计中考虑了重力漂移及磁场的梯度漂移和曲率漂移的影响。为了消除它们对电子运动轨迹的影响,选的方向竖直向上,这样(?)×(?)=0,重力漂移速度为0,以消除重力漂移的影响;为了消除磁场的梯度漂移和曲率漂移的影响,采取加大磁场区高度及横向尺度,且采用磁场均匀化技术使在一定高度的局部区域为匀强磁场,不存在磁场梯度及磁力线弯曲。此外,要求电子垂直入射进入磁场区,这样就可以保证入射电子在进入磁场后经磁场的色散运动轨迹仍然在一平面内以便于探测。原则上,小的磁场强度有利于电子能量分辨,由于受到靶室体积大小限制,这里选择B=0.037T。由于激光等离子体相互作用产生的超热电子产额不是很大,谱仪的立体角很小,再加之进入谱仪的超热电子经磁场色散后相对于每一能量的超热电子数就更少了,为此选用能够剂量累积的LiF热释光(TLD)测器作为谱仪的探测器。利用~(137)Cs-γ标准源采用同心向场的方法测量了探测器的离散性、重复性、线吸收系数和灵敏度因子并对探测器的质量阻止本领进行了修正,获得等效质量阻止本领,便于实验数据处理时使用;并使用~(90)Sr-β源对谱仪进行了标定。 在中等强度(10~(17)W/cm~2)超短脉冲(440fs)紫外(248nm)激光与固体靶(Cu)相互作用产生超热电子的实验中,无预脉冲、P极化光以45°辐照铜靶,电子磁谱仪在靶法线方向测到超热电子能谱呈双温Maxwellian分布,超热电子温度为81KeV。根据超热电子的定标率,产生超热电子的主导机制应为真空吸收。根据Doppler效应对紫外激光光谱频移进行了测量,发现激光光谱并没有发生明显变化,说明有质动力压缩等离子体在此实验条件下已不能忽略,能够抵消热压力造成的向真空热膨胀。使L/λ<0.1成为可能,超热电子的产生主导机制为真空吸收。由于有质动力压缩的不均匀性,共振吸收可能也起一定的作用。本实验对于研究紫外激光惯性约束核聚变(ICF)快点火提供一些实验数据。


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