飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子能量分布的实验研究

用3TW飞秒激光器研究了激光-固体靶相互作用中产生的超热电子的能量分布.超热电子构成各向异性的能量分布：在靶法线方向，超热电子能谱呈类麦克斯韦分布，拟合的温度约为206keV，该方向占主导地位的加速机理是共振吸收；在激光反射方向，超热电子能谱先是出现一个局部的平台，然后逐渐衰减，呈现非类麦克斯韦分布，这是由于几种加热机理共同作用的结果，其中占主导地位的是反射激光对电子的加速.在靶法线方向超热电子的温度和产额均大于激光反射方向超热电子的温度和产额，证明共振吸收机理对电子的加速更有效. 关键词： 飞秒激光 等离子体 超热电子 能谱     

超短脉冲激光与乙醇微滴相互作用中超热电子的双叶状角分布

测量了聚焦光强为1016W/cm2的超短脉冲激光与乙醇微滴相互作用中产生的能量大于50?keV的超热电子的角分布和电子能谱.观察到的超热电子角分布明显依赖于激光的偏振特性，在与激光偏振平面平行的平面上超热电子相对于激光入射方向呈对称的双叶状分布.超热电子的能谱显示超热电子的最大能量大于750?keV.以上超热电子的角分布可用一个基于共振吸收机制的模型加以解释. 关键词： 超短脉冲激光 超热电子 微滴 共振吸收     

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为了研究靶材料对快电子能量分布的影响,采用电子谱仪测量了飞秒激光与Cu和CH靶相互作用中在靶前和靶后产生的快电子能谱。结果显示,在靶前Cu和CH靶的快电子能谱相似,反应了快电子发射对靶材料的依赖性较弱;在靶后Cu和CH靶的快电子能谱具有明显的差异,说明电子的输运过程与靶材料密切相关。冷电子环流以及自生磁场是导致Cu靶快电子能谱"软化"的原因,而对于CH靶麦克斯韦分布的快电子能谱主要由碰撞机制决定。     

超热电子的产生与输运背向辐射的实验研究

报道了在100TW fs激光器上采用电子磁谱仪和光学CCD积分成像相机分别对激光-固体靶相互作用在靶背方向产生的超热电子能谱及其光学渡越辐射进行的测量。能谱测量结果显示：超热电子能谱呈单温类-麦克斯韦分布,拟合的温度为107keV;光学渡越辐射(OTR)测量结果显示：OTR是由于超热电子输运穿越固体靶所致,而辐射区域呈圆盘状、有发散角、有光强分布;如果考虑超热电子的产生和加热机制,则占主导地位的加热机制是共振吸收对电子的加热。     

激光-薄膜靶相互作用快电子和自生磁场的各向异性分布

采用飞秒激光与金属薄膜靶相互作用测量了快电子的空间分布。结果显示,快电子主要集中于激光反射方向和与激光成60°方向发射,呈现出明显地各向异性;其原因在于反射激光和共振吸收机制加速电子。采用OMA谱仪测量了飞秒激光与金属薄膜靶相互作用产生的二倍频散射光谱,由其伴线结构推算出的自生磁场大小为MG量级。结果显示,自生磁场的大小与快电子空间分布存在密切关联。初步估算由快电子发射形成的电流密度约 ,这与国外计算机模拟的电流密度基本一致,也许正是这个由快电子发射形成的强电流成为激发自生磁场的主要原因。     

超热电子的产生与输运背向辐射的实验研究

报道了在100TW fs激光器上采用电子磁谱仪和光学CCD积分成像相机分别对激光-固体靶相互作用在靶背方向产生的超热电子能谱及其光学渡越辐射进行的测量.能谱测量结果显示:超热电子能谱呈单温类-麦克斯韦分布,拟合的温度为107 keV;光学渡越辐射(OTR)测量结果显示:OTR是由于超热电子输运穿越固体靶所致,而辐射区域呈圆盘状、有发散角、有光强分布;如果考虑超热电子的产生和加热机制,则占主导地位的加热机制是共振吸收对电子的加热.     

超热电子能量分布的实验和模拟研究

 采用LiF探测器堆测量了飞秒激光-薄膜靶相互作用中超热电子产生的剂量。根据电子在LiF中的质量碰撞阻止本领,理论上计算出了超热电子的能量分布;在相同实验条件下,数值模拟结果与实验测量结果较好地一致,证明了实验测量的可靠性。理论分析显示,共振吸收是激光-薄膜靶相互作用中电子加速的主要机制。     

超热电子的产生与输运背向辐射的测量

报道了在20TWfs激光器上采用电子磁谱仪和光学CCD积分成像相机分别对激光固体靶相互作用在靶背方向产生的超热电子能谱及其光学渡越辐射进行的测量。能谱测量结果显示:超热电子能谱呈双温类麦克斯韦分布,拟合的温度分别为90和280keV,平均温度为185keV,这与已知的温度定标率较好地吻合。光学渡越辐射测量结果显示:光学渡越辐射是由于超热电子输运穿越固体靶所致,而辐射区域呈圆盘状、有发散角、有光强分布。如果考虑超热电子的产生和加热机制,则占主导地位的加热机制是共振吸收对电子的加热。     

飞秒激光与等离子体相互作用过程中超热电子能谱的测量

 报道了在3TW飞秒激光器上完成的激光 等离子体相互作用过程中产生的超热电子的能谱测量结果。能谱测量显示：在较低的能段，超热电子能谱先是呈现一个局部的平台，然后迅速衰减，呈现非类麦克斯韦分布，这是由于几种加热机制共同作用，其中占主导地位的是反射激光对电子的加速；在较高的能段，超热电子能谱呈类麦克斯韦分布，拟合的温度远远高于已知的温度定标律给出的温度，其原因在于超热电子分布的高能尾部本身的抬高和激光的自聚焦及成道。     

飞秒激光中高能质子的产生与加速的研究

为了探索飞秒激光与固体靶相互作用中高能质子的产生和加速机制,在超短超强激光装置“SILEX-I”上进行了飞秒激光与平面固体薄膜Cu靶的相互作用中高能质子空间分布、能谱和产额的实验研究。实验采用固体核径迹探测器CR39和Thomson离子谱仪相结合的方式,在固体靶背表面法线方向测量了质子空间分布、能谱和产额。实验结果表明：质子沿着靶背法线方向发射,质子空间分布呈圆环状,存在一定的立体角;质子在一定能量处出现截断;截断能量的大小与靶厚度有关。经分析,高能离子的产生和加速是多种作用机制共同作用的结果,其中静电场中的TNSA加速机制则占主导地位。     

飞秒激光-金属薄膜靶相互作用中靶前后超热电子能谱的比较

采用电子谱仪测量了飞秒激光-金属薄膜靶相互作用中靶前和靶后产生的超热电子能谱.结果显示：靶前超热电子能谱的峰出现在约430 keV处，靶后超热电子能谱的峰出现在约175 keV处；靶前超热电子的有效温度分别为218 keV和425 keV，靶后超热电子能谱出现“软化”现象，其有效温度分别为96 keV和347 keV.靶前和靶后超热电子能谱明显不同是由于超热电子输运穿越过密等离子体和冷材料的靶，并在靶后建立Debye鞘，鞘电场使靶后超热电子能谱峰向低能端移动，鞘电场和自生磁场导致靶后超热电子能谱产生“软化”，估算出的鞘电场小于激光电场.     

Broadening of the energy distribution of thermal-field emitted electrons from carbon fibres

The energy distribution of electrons thermal-field emitted from carbon fibres and post-accelerated up to 25 keV has been measured. At low total emission currents (of the order of nano-amperes) the energy distribution of the emitted electrons agrees, at room temperature, with the theoretical prediction for the free-electron model, and at elevated temperatures (up to 1520 K) the energy spread is about 0.1 eV higher than predicted. This difference may be explained by assuming that the emission occurs from sharp microfibrils. With increasing current the energy distribution becomes broadened. It is shown that this broadening is independent of the tip temperature and most probably due to Coulomb interaction of the beam electrons in regions of high current density within the electron optical system.     

Effect of spontaneous magnetic fields on energy transfer by fast electrons in spherical laser targets

It is shown that the spontaneous magnetic fields generated due to development of hydrodynamic instability in the process of compression of spherical laser targets can substantially affect the energy transfer by fast electrons. The analytical solutions to the kinetic equation for the distribution function of fast electrons are obtained taking into account the reflection from the region of the magnetic-field localization. On the basis of these solutions, the effect of the spontaneous magnetic fields on the specific energy released by the fast electrons per unit mass and on preheating of the target material being compressed is investigated.     

Elastische Energieverluste kristallgestreuter Elektronen

Elastic energy losses due to scattering of fast electrons (20–40keV) by crystals into large angles (≧45⁰) are experimentally and theoretically investigated. Energy losses up to a few electron volts appear, which depend on the mass of the atoms composing the crystal, of the scattering angle, and of the primary energy of the electrons. These results agree with the assumption of elastic scattering by single atoms and not by the crystal as a whole. The width of the energy losses increases with the energy loss himself, and with the temperature of the crystal. In a first theoretical approximation this effect can be explained by the thermal motion of free atoms.     

Energy losses and scattering of fast electrons in a dense plasma

This paper describes an algorithm for the calculation of specific energy losses and multiple scattering of fast electrons in a plasma, taking into account the interaction of the electrons of the beam with the bound and free plasma electrons and with the plasma. Results are presented of calculations for aluminum and lead plasmas with density 0.001-1 of normal and with temperature up to 1 keV for initial electron kinetic energy of 1 MeV. The energy-loss distribution in an aluminum plasma is calculated by the Monte-Carlo method.Tomsk Polytechnic University. Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 9, pp. 112–116, September, 1993.     

超热电子在稠密等离子体中输运的混合粒子模拟方法

相对论激光等离子体相互作用以及所产生的带电粒子束在高密度等离子体中的输运行为非常重要.该物理问题的数值模拟研究仍面临技术挑战.本文介绍一种粒子/流体混合模拟方法.该方法中超热电子采用动力学方法描述,背景冷的稠密等离子体采用简化的流体方程描述,适合于超热电子密度远小于背景电子密度,超热电子能量远大于背景电子温度.我们的三维并行混合模拟程序HEETS的模拟结果表明：背景材料的电离和电阻率模型至关重要,将严重影响高能电子输运过程的模拟.     

The energy distribution of secondary ion-electron emission

This study deals with the energy distribution of secondary electrons emitted when 3 keV He⁺ and Ne⁺ ions bombard the (100) surface of a copper single crystal and the (0001) surface of a zinc single crystal. A “long magnetic lens” was employed in the energy analysis. A group of high-energy electrons (having an energy of approximately 35 eV) is found to appear in the case of bombardment with helium ions. The results are discussed on the basis of the model of autoionization of the incoming ions (helium and neon) embedded in layers at near the surface. The effect of temperature and time on the energy distribution of secondary electrons is also examined.