超热电子的产生与定向发射

在超短超强激光与等离子体相互作用的过程中，等离子体中的一部分电子通过各种机制吸收能量转变成为高能的超热电子．它们不仅是惯性约束核聚变“快点火”过程中的能量载体，对激光脉冲在等离子体中的传输、能量沉积、转化等一系列过程也都发挥着重要的作用．文章对超短超强激光与等离子体相互作用过程中超热电子产生的主要物理机制以及影响超热电子定向发射的因素进行了介绍．     

快点火锥壳靶压缩对称性及燃料分布测量实验研究北大核心CSCD

快点火激光惯性约束聚变将压缩与点火过程分开,与中心点火方式相比,大大放宽了对压缩对称性和能量的要求,是国际惯性约束聚变研究的热点方向。在神光Ⅱ装置上开展的快点火锥壳靶预压缩实验中,背光分幅图像显示导引锥及输运丝对靶丸预压缩过程无明显影响,实验结果与一维数值模拟结果吻合也证明了该结论;实验中通过调节导引锥尺寸和相对靶丸的位置,可保证最大压缩时刻导引锥保存完好,这对超热电子的输运以及能量沉积是至关重要的。     

电子-离子碰撞对超热电子影响的PIC模拟计算

超热电子-离子的产生和输运在传统的ICF方案和“快点火”方案中都是很重要的问题.讨论了电子-离子碰撞对参量不稳定性产生超热电子的过程和超热电子输运过程的影响.指出电子-离子弱碰撞项的加入增强了碰撞吸收,提高了热电子温度,降低了静电波破裂时的场能.这些改变了超热电子的总能量和分布,使之更集中于静电波的相速;电子-离子碰撞的存在还增强了自洽电场,阻碍了超热电子的输运,同样也是超热电子能量下降的原因之一.同时,为确保计算结果的可靠,讨论了初条件对PIC模拟计算的影响,指出空间位置随机热启动容易引入非物理因素,对 关键词：     

飞秒激光固体靶相互作用中超热电子的输运特性

 实验研究了在100 TW掺钛宝石超短超强脉冲激光装置上完成的飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子的输运特性,获得了超热电子的能谱、产额、注量及超热电子在靶内输运能量沉积范围。测量结果表明:超热电子的注量和总能量随靶厚度的增加而减少,超热电子约80％的能量主要沉积在靶内的前约一个激光脉冲宽度的范围内,且能量沉积范围随激光脉冲宽度的增加而增加,这主要是静电场的影响所致。     

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.     

飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子输运的实验研究

报道了在100TW超短脉冲掺钛宝石激光装置上,完成的飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子在靶内输运的实验研究结果.获得了超热电子的产额、注量和总能量.结果表明,超热电子的注量和总能量随靶厚的增加而减少,超热电子约80%的能量主要沉积在靶内的前10(m,对以上形成的原因进行了分析指出,是由于静电场对超热电子输运影响所致.     

强激光与等离子体相互作用中沿靶表面发射的高能超热电子

在强激光与等离子体相互作用研究中，文章作者从实验上首次观测到沿靶面方向发射的高能超热电子束．该电子束只有在等离子体电子密度标长较短的条件下才会出现。数值模拟表明，靶表面电磁场的约束作用是产生这束电子的主要原因。这一结果有助于加深对激光惯性约束聚变快点火实验中的锥靶物理过程的理解，并有潜在的应用前景。     

腔靶内爆区超热电子实验研究

利用１０道滤波荧光谱仪（ＦＦＳ）研究了强激光和薄壁腔靶相互作用时超热电子产生的特征，结合ＧａＡｓ硬Ｘ射线角分布探头，受激喇曼莠射光探头，针孔相机的测量结果，分析得出：在内爆腔靶中，超热电子产生的源区，大部分超热电子静电场和转换体约束在源区，只有小部分能量较高的超热电子进入到内爆区，内爆靶区超热电子总能量占超热电子总能量的约２０％，占入射激光能量的１％－３％。     

利用韧致辐射诊断激光等离子体相互作用产生的超热电子

超短脉冲强激光与等离子体相互作用时产生的向靶内传输的超热电子在“快点火”方案中起着极其重要的作用.对于这部分向靶内传输的超热电子，韧致辐射方法是一种能有效、全面获得超热电子各方面信息的诊断方法.通过三维蒙特卡罗程序MCNP模拟了超热电子在靶材料中的输运以及它们在靶后方向产生的韧致辐射的性质，论证了韧致辐射诊断方法的可行性. 关键词： 超热电子 韧致辐射 诊断 MCNP程序     

超热电子的阻止功率及其在慢化过程中引起的轫致谱

在高功率、长波长激光与等离子体耦合时将产生大量的超热电子，这些超热电子将通过轫致辐时，与热电子碰撞，以及晕区电场加速快离子损失其能量。在某些典型条件下，分析和估计了每种能耗机制损失能量的分额。给出了快电子在通过激光等离子体的慢化过程中发射轫致谱的解析表达式。用调整参数拟合实验结果的方法，能够得到超热电子的各种信息，诸如它们的温度、能量、数同以及能谱。计算谱与实验谱作了比较。     

激光驱动强流电子束产生和控制

在惯性约束聚变(ICF)电子束快点火物理方案中,需要超强拍瓦激光脉冲驱动MeV能量的强流电子束,并沉积数十kJ能量到压缩氘氚芯区。强流电子束的束流品质是影响点火成功的关键因素之一,为深入了解强流电子束产生物理过程,研制成了三维高性能、适应上万CPU核规模的并行粒子模拟程序,并开展了大规模数值模拟研究,探索了强流电子束的产生机制和输运规律。回顾了近几年来快点火研究团队围绕强流电子束产生和控制开展的研究,介绍了导致束流品质差的两大物理原因:预等离子体效应和束流不稳定性磁场的随机散射。针对这两个物理原因,提出了四种提高强流电子束品质的方法:(1)双层金锥靶减弱预等离子体的负面效应;(2)输运丝产生环向磁场准直强流电子束;(3)外加磁场导引强流电子束提高耦合效率;(4)抑制束流不稳定性以降低随机磁场对电子束流的散射。     

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     

激光-纳米丝靶相互作用过程中超热电子的加热机理研究

超热电子的产生及其转化效率是快点火中的重要研究内容，也是优化快点火中的激光等离子体参数、降低对点火脉冲能量需求等方面的重要依据．纳米丝靶是提高激光一超热电子转化效率的一种有效途径，为了进一步理解激光．纳米丝靶相互作用中超热电子的产生过程以及加热方式，本文应用二维PIC（Flips2D）程序进行了相关的数值模拟．通过研究电子在丝靶中的运动轨迹发现了远离互作用面的冷电子通过回流的方式向互作用面运动，然后在互作用面附近与激光场相互作用被加热；研究了单个激光周期内电子密度和电子能量密度的变化，确定了反向运动的电子的能量要远小于前向运动的电子能量，确定了反向运动的电子大部分是冷电子的回流；通过研究场与电子空间位置随时间变化的关系，确定了丝靶中超热电子的加热机理为J×B机理．     

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     

激光等离子体相互作用中超热电子输运过程的蒙特卡罗模拟

利用蒙特卡罗（Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ）方法模拟了激光等离子体相互作用中所产生的超热电子在固体物质中的输运过程，模拟运算采用连续慢化（ＣＳＤＡ）和玻恩（Ｂｏｒｎ）近似的单一散射模型。文中给出了具有单能，束状分布的超热电子在双层固体靶中产生的Ｋα射线强度随表面靶层厚度的变化曲线。     

金属靶和绝缘靶对飞秒激光吸收的比较

利用脉宽为150fs、强度为8×10¹⁵W/cm²的P偏振飞秒激光研究了与 金属靶和绝缘靶 相互作用过程中的激光能量吸收、超热电子产额及超热电子能谱. 实验发现，由于绝缘靶电 导率小，因此其电荷分离势大于金属靶，从而导致绝缘靶比金属靶具有较小的激光能量吸收 、较少的超热电子发射和较高的超热电子温度. 关键词： 金属靶 绝缘靶 激光吸收 超热电子     

爆推快点火模型分析

 使用简单的爆推模型估算爆推快点火过程及其结果。 首先由ns级主驱动激光直接驱动，形成中心低密度高温热斑，周围为高密度低温主燃料区, 两区压力平衡(等压模型)；然后用ps级超短超强激光打入，产生超热电子，其能量在低温主燃料区沉积，主燃料区发生爆炸，一部分向外飞散，一部分向内压缩中心热斑。在这个爆推模型下，热斑体积压缩比为64，中子产率将有极大的提高，相应的中子产额和能量增益得到提高。离子温度因为主燃料区质量过大，提高不大。提高超热电子能量，或者减小低温主燃料区质量，离子温度将会显著提高。不同的初始离子温度对结果有很大影响，较低的初始温度下更容易得到较高的中子产率和产额。     

受激散射过程理论模型的发展与应用

在激光间接驱动的惯性约束聚变（ICF）中,高强度激光与低密度等离子体发生相互作用,会激发两种受激散射过程:受激布里渊散射和受激拉曼散射。它们会损失激光能量、破坏辐射场对称性、产生超热电子,从而危害聚变点火过程。因此,理解受激散射的物理过程并找到抑制其发展的有效方法,是ICF研究中重点关注的问题。介绍了中国激光聚变研究团队为研究受激散射过程而发展的多个理论模型,以及这些模型在实验数据分析中的具体应用。这些理论模型与实验研究一起,为提升受激散射过程的物理理解发挥了重要作用。     

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.     

“神光Ⅱ”首轮基频光驱动内爆实验超热电子诊断

在“神光Ⅱ”装置上进行了激光直接驱动爆推型和烧蚀型DT气体的玻璃微球靶内爆实验.采用多道滤波荧光谱仪(FFS)测量15—250keV硬x射线谱,由高能x射线谱通量和斜率推算出这两种内爆靶产生的超热电子份额ηhe和超热电子温度Th分别为ηhe=25%—30%,Th=30—40keV和ηhe=05%—4%,Th=10—20keV.并给出了不同内爆靶型在不同激光能量EL和不同调焦方式下超热电子产生的特征,由爆推靶产生超热电子份额与实验测量靶的能量吸收效率ηa=29%—34%比对,证明爆推靶吸收的激光能量是以超热电子能量沉积为主,同时实验观测中子产额Yn随超热电子能量Ehe的增大而增大,从而证明了爆推靶是依靠超热电子加热玻璃球壳实现内爆的 关键词： 1.053μm激光 直接驱动 超热电子 爆推靶和烧蚀靶