超強(qiáng)超短激光與等離子體相互作用產(chǎn)生的超熱電子的光學(xué)輻射.pdf

1、在慣性約束核聚變(ICF)的快點(diǎn)火方案中，超熱電子是直接的點(diǎn)火物質(zhì)，其能量的高低、產(chǎn)額的多少以及其發(fā)射方向等都對“快點(diǎn)火”方案極其重要。論文的前兩章簡要介紹了ICF的背景以及超熱超強(qiáng)激光與等離子體相互作用的基本知識，其中重點(diǎn)敘述了超熱電子的幾種主要的產(chǎn)生機(jī)制。 對于超熱電子的微聚束時間特征、截面形狀等人們很感興趣的方面而言，渡越輻射是一種可能的、重要的測量手段；并且，人們還能夠通過渡越輻射來研究超短超強(qiáng)激光與等離子體相互作用的一

2、些重要的物理過程與機(jī)制。超短超強(qiáng)激光與金屬靶相互作用能夠產(chǎn)生相對論超熱電子束，此超熱電子束在穿越靶與真空之間的界面時會發(fā)生渡越輻射。因為渡越輻射與電子的運(yùn)動狀態(tài)以及電子束的結(jié)構(gòu)有關(guān)，岡此成為診斷超熱電子束的有力工具。本文的主要工作是通過對超短超強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的超熱電子束進(jìn)行各種合理的假定(如超熱電子的溫度、電子束的發(fā)散角、電子束截面的形狀以及電子束的相干結(jié)構(gòu)等等參數(shù))，計算其穿越金屬薄片時所發(fā)射的渡越輻射的光譜在不同加熱機(jī)制下

3、的諧波分量上的強(qiáng)度差異以及彼此之間的關(guān)系：對于一個激光脈沖周期內(nèi)加熱一次(如共振吸收與真空加熱)與一個周期內(nèi)加熱兩次(如j×B)這兩種造成超熱電子微聚束在時間特征上截然不同的加熱機(jī)制，我們給出了它們所產(chǎn)生的超熱電子的比例r與CTR諧波分量的2倍頻和1倍頻的強(qiáng)度比K之間的具體關(guān)系式。通過此諧波分量強(qiáng)度比，我們就有可能區(qū)分主要與次要的加熱機(jī)制，甚至可以得到兩種機(jī)制在加熱過程中所起作用的大致比例關(guān)系。另外，CTR諧波分量的強(qiáng)度比還與超熱電子的

4、溫度、實驗上所使用的靶的厚度有一定的依賴關(guān)系，這些都在論文的第三章中作了較為詳細(xì)的討論。 切倫科夫輻射是運(yùn)動帶電粒子與介質(zhì)內(nèi)束縛電荷和誘導(dǎo)電流所產(chǎn)生的集體效應(yīng)。在本文第四章，我們將介紹如何通過切倫科夫輻射來研究超熱電子的橫向結(jié)構(gòu)以及發(fā)散角等重要特征。我們在已有的切倫科夫輻射能譜公式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步計算了更實際的情況，考慮了電子束有一個發(fā)散角時的切倫科夫輻射能譜公式的推導(dǎo)。與之前的研究結(jié)果一樣，CCR與超熱電子束的縱向分布無關(guān)。當(dāng)確

5、定觀測角θ后，相干與非相干切倫科夫輻射僅存在強(qiáng)度上的差異；在目前的一般實驗條件下我們測量到的主要是ICR。通過我們得到的能譜公式有可能進(jìn)行超熱電子發(fā)散角的診斷。本文提出一種可能的得到THz輻射的新方法：利用電子束穿越透明介質(zhì)時所產(chǎn)生的切倫科夫輻射來得到THz頻段附近的輻射。由于切倫科夫輻射與電子束的縱向結(jié)構(gòu)無關(guān)，我們不必過多考慮電子束團(tuán)的縱向特征，有可能使得設(shè)計更為簡單可行。根據(jù)理論計算的結(jié)果，我們在實驗上重點(diǎn)測量渡越輻射的光譜以及角分