Thomson散射诊断技术的新进展

Thomson散射是一种主动而无干扰地对等离子体进行诊断的方法．它能够以较高的时空分辨率测量等离子体的参数，如电子与离子温度、密度以及等离子体的膨胀速度、电离程度、热流等参数．文章从Thomson散射基本概念出发，介绍了Thomson散射诊断方法在研究激光与等离子体相互作用中的重要意义，并分别介绍了近年来Thomson散射诊断技术的新进展，如对高Z等离子体、两种离子种类的等离子体、多种形态等离子体以及高密度等离子体的研究．文章最后对国内Thomson散射诊断技术的发展状况进行了简述．     

激光等离子体的电子温度对Thomson散射离子声波双峰的影响

通过对不同激光条件产生的等离子体进行Thomson散射实验诊断，发现在距靶面为150 μm的临界密度面内，离子声波双峰强度出现明显的不对称性，而且强峰的位置发生了转移：当等离子体的电子温度较高时，强峰出现在短波方向；当等离子体电子温度较低时，强峰出现在长波方向.光的拉曼散射效应对应地解释了离子声波的双峰结构、双峰强度不对称性及强峰出现的位置.建立了光的拉曼散射与电子的Thomson散射的对应关系.     

类氢氖在高温高密度等离子体中的光谱漂移

 采用离子球模型，通过自洽求解Poisson方程和Dirac方程，得到氖的类氢离子低能级组态的能级能量随等离子体电子温度和电子密度的变化关系，进一步研究了等离子体电子温度和电子密度对光谱漂移的影响。结果表明：光谱漂移随着等离子体电子密度的增大而增大，随着电子温度的升高而减小；谱线精细结构分裂随着电子密度的增大而减小，随着电子温度的升高而增大。等离子体对束缚电子的屏蔽是决定光谱漂移的主要原因。这些变化规律不仅对等离子体光谱模拟结果产生影响，而且使实验上观测光谱的相对或绝对漂移成为可能，从而为高密度等离子体诊断的新方法提供了理论依据。     

最优化方法处理等离子体连续辐射谱

等离子体连续辐射谱反应了轫致辐射和复合辐射总效果,通过对连续谱的拟合可以给出等离子体的电子温度信息.基于Z箍缩钠等离子体的连续辐射谱数据,提出以最优化的观点来拟合实验数据,可以充分将实验中涉及到的多种未知变量作为不定参数考虑进去,比普遍采用的直线拟合更准确,其残差平方和仅为后者的1/3.6,同时与共振线强度比得到的电子...     

螺旋波等离子体化学气相沉积纳米硅薄膜的光学发射谱研究

利用光学发射谱技术对螺旋波等离子体化学气相沉积纳米硅薄膜的等离子体内活性粒子的光发射特征进行了原位测量.研究了薄膜沉积过程中各实验参量对活性基团SiH^*， H^β以及H^α的发射谱强度的影响.实验结果表明，静态磁场的加入可显著提高反应气体 的解离效率 ；适当的氢稀释可以提高氢活性粒子的浓度，而过高的氢稀释比将使含硅活性基团浓度显著 减小；提高射频馈入功率整体上可以使各活性粒子的浓度增加，并有利于提高到达衬底表面 氢活性粒子的相对比例.结合螺旋波等离子体色散关系和等离子体特点对以上结果进行了分 析.该结果为螺旋波等离子体沉积纳米硅薄膜过程的理解及制备工艺参数的调整提供了基础 数据. 关键词： 光学发射谱 螺旋波等离子体化学气相沉积 纳米硅薄膜     

汤姆孙散射：等离子体参数诊断的强大工具

汤姆孙散射是低能光子与自由电子之间的弹性散射.因为汤姆孙散射光谱携带着等离子体涨落的信息,通过测量汤姆孙散射光谱可以高精度地测量等离子体的多种参数,如电子温度、电子密度、等离子体流速等等.经过多年的发展,汤姆孙散射已经成为等离子体物理研究中最重要的一种诊断工具.     

为何不用电子做散射实验？

在"α粒子散射实验"的教学过程中,笔者遇到这样一个问题:既然1897年J.J.汤姆孙(J.J.Thomson)就发现了电子,并且在20世纪初从实验事实,人们已经对电子的一些性质有了相当的了解,为何不用电子做散射实验而要用α粒子做散射实验呢?带着这个问题笔者查阅了有关资料,而写出本文.     

等离子体效应对类氦氖Kα线系电偶极辐射的影响

采用离子球模型，通过自洽求解Boltzmann方程和Poisson方程，得到类氦氖离子Kα线系的两条电偶极辐射光谱能量随等离子体环境的漂移.结果显示，Kα线系电偶极谱线随等离子体电子密度增大发生红移，红移量与等离子体电子密度有近似的正比关系；随着等离子体电子温度的降低，光谱红移对等离子体电子密度的敏感性增大.另外，所研究的两条谱线间的能量间隔随等离子体电子密度的增大而减小，减小量随等离子体电子密度的变化也呈现出近似的线性规律.值得注意的是，类氦氖Kα线系中两条电偶极谱线分别为互组合线与共振谱线，而其能量差就是1s2p(³P₁)的交换能，因此进一步发现能级中交换能将随等离子体环境变化的规律.所观察到的光谱红移和精细结构分裂在高密度等离子体中都有明显的变化，对探索高密度等离子体的诊断新方法有重要意义. 关键词： 光谱漂移 交换能 等离子体 类氦离子     

高气压精密漂移管的时间性能研究

对高气压精密漂移管的时间性能进行了研究.利用放射源和宇宙线对漂移电子的时间谱和带电粒子入射位置与漂移时间关系(r–t)及其诸影响因素进行了研究.分析了时间谱的拟合参数,并用积分法由时间谱得到(r–t)关系.     

周期量级脉冲线性Thomson散射特性

 利用经典电磁辐射理论研究周期量级线偏振激光脉冲的90°Thomson线性散射。结果表明，脉冲所包含的光周期数越少，散射能谱越宽，谱中心处强度越小；谱宽度与电子相对论因子的平方及入射光脉冲频率成正比；谱强度与归一化光场强度和相对论因子乘积的平方均成正比，载波包络函数使光场中电子运动的时间和空间周期减小；进一步展宽散射能谱，使谱对称性变好，消除散射谱振荡；低于某一频率时，谱强度随载波包络初相的增大而减小，高于此频率时，谱强度随载波包络初相的增大而增大；电子进入光场初相的增大削弱了散射谱的强度。     

软X射线激光汤姆逊散射实验尝试

汤姆逊散射是诊断高温稠密等离子体状态参数的重要方法之一, 受到广泛的关注. 但是目前用于进行汤姆逊散射的探针光波长多局限于可见光或紫外光, 能够诊断的区域电子密度远低于驱动激光的临界密度. 相比较而言, 以软X射线激光作为探针, 有希望诊断更高密度区域的等离子体. 利用“神光Ⅱ”高功率激光装置产生的类氖锗软X射线激光作为探针, 开展了软X射线激光汤姆逊散射实验的尝试. 根据散射的条件, 分别进行了非相干散射和相干散射的实验, 但均未能获得明显的散射谱. 理论分析表明, 主要原因可能是实验中作为探针的类氖锗软 X射线激光的聚焦功率密度不够, 通过优化实验条件, 有希望在今后的研究中获得相干汤姆逊散射的结果. 关键词： 等离子体诊断 软X 射线激光 汤姆逊散射     

Thomson scattering off a pair （electron-positron） plasma

Thomson scattering off a pair (electron--positron) plasma is theoretically investigated in the collisionless and collisional limits respectively. Our calculations show that the power spectrum of the Thomson scattering off a collisionless pair plasma is just proportional to the velocity distribution function of the particles in the plasma. Collective modes in the plasma do not have any effects on the Thomson scattering spectrum because of the correlation between the negatively- and positively-charged particles. In the collisional limit, the power spectrum of the Thomson scattering presents three spikes: two peaks correspond to two contra-propagating sound waves and one peak corresponds to an entropy wave.     

THOMSON SCATTERING MEASUREMENT OF LASER-HEATED PLASMAS

Experiment on characterizing the laser-heated plasmas using Thomson scattering measurement has been carried out. An incoherent Thomson scattering system with a 90° scattering angle has been established. The influence of the gas density and the pumping laser energy on the temperature of the laser-heated plasma has been examined. The results show that the temperature of the laser-heated plasma increases with the increase of pumping laser energy and the plasma density, which agrees well with the explanation of inverse Bremsstrahlung absorption.     

Observation of the parametric two-ion decay instability with thomson scattering

We present the first direct experimental observation of the parametric two-ion decay instability of ion-acoustic waves driven by a high intensity (5 x 10(15) W cm(-2)) laser beam in a laser produced high-Z plasma. Using two separate Thomson scattering diagnostics simultaneously, we directly measure the scattering from thermal ion-acoustic fluctuations, the primary ion waves that are driven to large amplitudes by the high intensity beam, and the two-ion decay products. The decay products are shown to be present only where the interaction takes place and their k spectrum is broad.     

基于激光尾场加速的自反射式全光汤姆孙散射的参数优化

基于激光尾场加速的全光汤姆孙散射能够提供高质量X射线束并大大减小装置的尺寸.与分光式相比,自反射式的构架可以降低实验的时空同步难度,但是由于激光尾场电子加速和汤姆孙散射过程耦合, X射线优化难度大,目前缺乏参数优化的相关报道.本文用数值模拟修正解析理论的方法,定量分析了激光尾场电子加速和汤姆孙散射过程中激光和电子束的焦斑、脉宽、能量等参数变化情况,并给出了激光在等离子体镜上的反射率,从而实现了用解析公式计算而非数值模拟跟踪参数变化,在保证精度的同时节约了计算时间.另外,利用修正后的公式优化了给定激光条件下的自反射式全光汤姆孙散射X射线,通过改变等离子体密度和等离子体镜位置这两个参数给出了最优X射线亮度和光子产额,该方法为将来结合人工智能优化控制全光汤姆孙散射光源提供了理论基础.     

351nm激光入射大腔靶的受激Raman散射光谱

 报道了“神光 Ⅱ”装置上Au大柱腔靶产生的受激Raman散射光谱。通过分析实验条件和测量结果，排除了散射光谱来自增强非相干Thomson散射的可能性，发现用丝化不稳定性与受激Raman散射的耦合能合理解释观测到的Raman光谱。考虑到丝化不稳定性与SRS的耦合，测量到的散射光谱依然能用于密度诊断，其结果与对流SRS理论的计算值相差不到10%。     

激光在相对论磁化等离子体中的集体散射

激光在完全电解等离子体中集体散射截面等于单个电子的汤姆逊散射截面乘以结构因子，结构因子由电子密度涨落确定。在考虑电粒子间电磁相同作用基础上，给出激光在相对论磁化等离子体中散射的结构因子谱的解析表示式。     

Dissipation of strong Langmuir turbulence in nonisothermal non-Maxwellian plasma

The regime of strong Langmuir turbulence characterized by the plasma nonisothermality and by the presence of an appreciable non-Maxwellian hot-electron component was experimentally studied. Turbulence was excited in the preliminary produced plasma by the relativistic electron beam. Thomson scattering of laser IR radiation served as the main diagnostic method. The spatial spectra of the Langmuir turbulence and of the attendant ion-sound turbulence were studied using Thomson collective scattering. Thomson incoherent scattering was used for studying the plasma electron distribution function and searching for the local dips of plasma density. Stark spectroscopy of turbulent microfields and the method of observation of plasma radiation at the double plasma frequency were also used. Based on the experimental data, the mechanism of Langmuir oscillation damping by plasma electrons was analyzed. The Langmuir wave conversion induced by the ion-sound turbulence is the most probable channel for energy transfer from the turbulence to plasma electrons, the low-frequency fluctuations being the direct consequence of the strong Langmuir turbulence.     

HT-7������ķѷɢ���źŴ����·���

为了检测到散射信号且有较高的信噪比,使用硅雪崩二极管(APD)探测器探测汤姆逊散射光,采用电荷敏感运算放大器减小电子噪声。同时,设计了放大电路,并采取了一些抗干扰措施。在实验中,此激光汤姆逊散射系统成功地测量出HT-7等离子体的电子温度。     

Dependence on the scattering angle of the electron temperature and electron density in thomson-scattering measurements on an atmospheric-pressure plasma jet

Electron temperature and electron density measurements were made in an atmospheric-pressure argon plasma jet by line-shape analysis of Thomson-scattered laser light. The dependence of electron temperature and electron density on the scattering angle was investigated. Measurements were made using incident laser wavelengths of 532 and 355 nm. At 532 nm, the electron-ion collision frequency exceeds the Landau damping rate for shallow scattering angles, and the electron plasma wave resonance structure in the Thomson line shape is broadened. This resulted in dramatic increase in the apparent electron temperature as a function of decreasing scattering angle. At 355 nm, collisions do not affect the Thomson line shape. In this case, an angular dependence of the measured electron temperature is not expected and was not observed. Data taken at 532 nm at larger scattering angles are consistent with the 355-nm results, and show that the electrons are not in thermodynamic equilibrium with the heavy particles.