超强激光与固体靶作用驱动量子电动力学级联和稠密正电子产生的研究进展

极端超短超强激光脉冲的诞生将光与物质的相互作用推进到由辐射阻尼效应和量子电动力学（QED）效应占主导的高度非线性物理范畴。强场QED效应蕴含了丰富的物理过程包括辐射阻尼、高能伽马辐射、正负电子对产生、QED级联、真空极化等,是高能量密度物理和强场物理研究领域的前沿热点。QED级联是解释致密天体辐射和伽马射线暴形成的重要物理机制,其产生的稠密正电子源在高能物理、材料无损探测、癌症诊断等领域亦有重要的应用前景。介绍了QED级联过程及其理论模型,讨论了固体靶中的QED级联发展及其诱导的非线性物理效应,并回顾了固体靶中稠密正电子产生的主要研究成果。     

超强圆偏振激光直接加速产生超高能量电子束

研究表明, 峰值强度为10²²–10²⁵ W/cm²量级的圆偏振激光脉冲的有质动力场可以直接加速并产生GeV–TeV的单能电子束, 其中被加速电子的能量与激光脉冲的峰值强度成线性定标关系. 为了获得更高能量的电子束, 通过对一维解析模型的分析得到: 如果电子束在激光传播的方向上具一个初始能量E₀, 那么这种线性的定标关系可以被打破, 被加速电子束最终的能量可以被放大E₀倍. 这是由于具有一定初始能量的电子束不容易被激光脉冲抛在后面, 进而获得更高的加速距离. 二维粒子模拟结果显示: 当电子束的初始能量E₀为MeV量级时这个方法是有效的, 而当E₀过大时这个方法失效. 这是因为当电子的加速距离远大于激光脉冲的瑞利长度时, 激光强度的衰减使得电子束的加速错过了最佳加速场.     

等离子体密度对激光拉曼放大机理的影响

等离子体中的背向拉曼散射机理可以用来产生超短超强的激光脉冲. 本文采用粒子模拟方法模拟研究了等离子体密度对激光拉曼放大过程的影响. 研究发现, 过低的等离子体密度会导致等离子体波提前波破而降低能量转换效率; 而过高的等离子体密度又会导致其他不稳定性的快速增长, 限制作用距离和输出能量. 因此, 拉曼放大机理的最佳等离子体密度应处于等离子体波破的密度阈值附近, 可以获得最高的能量转换效率和能量输出. 另外, 空间频谱分析显示放大激光的强度饱和主要来自于自相位调制不稳定性的发展. 利用10¹³ W·cm^-2的抽运激光脉冲, 模拟证实拉曼放大机理可有效地将种子激光的强度从10¹³ W·cm^-2 放大到10¹⁷ W·cm^-2, 脉宽压缩到40 fs, 且能量转换效率达到58%.     

用常温正丁烷异构化反应表征固体超强酸性

研究了室温下固体超强酸催化剂上正丁烷反应，发现转化率低于50％时，异构化选择性高于95％，正丁烷异构化反应动力学符合一级可逆反应规律，固体超强酸的酸强度与正丁烷异构化反应转化率和速率常数呈顺变关系，与反应表现活化能呈逆变关系．报出了一种新的表征固体超强酸性的实验方法．     

SO42-/ZrO2催化氯化苄与苯烷基化反应的气相色谱-质谱法分析

采用气相色谱-质谱法(GC/MS)对SO42-/ZrO2固体超强酸催化氯化苄与苯烷基化反应产物的组成与结构进行了分析,并对SO42-/ZrO2催化的选择性进行了初步探讨。结果表明:SO42-/ZrO2固体超强酸对氯化苄与苯的烷基化反应具有良好的催化活性,反应产物主要为二苯甲烷、苄基二苯甲烷与氯甲基二苯甲烷等7种苄基化物。SO42-/ZrO2固体超强酸催化的产物选择性与经典Lew is酸催化特征基本一致。     

超短超强激光与固体靶相互作用中超热电子的角分布

 用3TW超短超强激光器进行了激光与固体靶相互作用实验。采用电子角分布仪和LiF热释光探测器探测了超热电子的角分布。测量结果显示：能量较高的电子发射的定向性好于能量较低的电子；能量较低的电子呈溅射状发射；能量较高的电子发射出现两个尖锐的发射峰，其中，激光反射方向的超热电子发射峰则由反射激光、有质动力径向分量、侧向拉曼散射等加速机制共同作用的结果，靠近靶法线方向的超热电子发射峰是由其振吸收机制产生，且理论预言与实验结果相吻合。     

超短超强激光及微团簇与大尺度团簇相互作用

用2.5 MV静电加器提供的高品质微团簇束与固体、气体和大尺度团簇(100->1000原子/团簇)碰撞,超强飞秒激光与大尺度氘团簇相互作用,研究微团簇在大尺度团簇中的库仑爆炸特性,研究超短超强激光场中大尺度氘团簇的聚变机理.本文将介绍此项实验研究的进展.     

100 TW激光与等离子体相互作用中质子背向发射的能谱测量

 用100 TW激光器产生的超短超强激光与5 μm薄膜Cu靶的进行打靶实验，测量了靶背法线方向产生质子的角分布和能谱。实验中采用辐射变色膜片HD810测量质子的角分布，用CR39和Thomson磁谱仪结合测量质子能量分布。测量结果表明：质子发射张角为10°左右，质子沿着靶背法线方向发射，在能量为570 keV处出现截断。通过测量质子能量分布验证了超短超强激光等离子体相互作用过程中靶背法线鞘层质子加速机制。     

超短超强激光与铜靶相互作用产生Kα源的蒙特卡罗模拟

超短超强激光打靶产生的超热电子,与固体靶相互作用时会产生Kα线辐射.由经典定标律给出了法线方向超热电子的温度.利用蒙特卡罗方法,对超热电子在固体靶中的传输进行了研究,模拟了不同靶厚度情况下Kα产额和角分布及不同电子温度下Kα光子的转化效率.计算结果与实验符合较好.结果表明:在一定电子温度下,随着靶厚度的增加Kα光子产额会达到饱和,并会使Kα光子发射的各向异性变得更加严重;存在最佳的电子温度,使Kα线转化效率最高.     

克里青（Klitzing，Klaus Von，1943-）德国物理学家（Physicist，Germany）

霍耳效应是一种电磁效应。将通有电流的导体或半导体置于与电流方向垂直的磁场中，在垂直于电流和磁场的方向上会产生一横向电场。从霍耳系数的正负和大小可以判断载流子的类型和浓度。霍耳系数与载流子的浓度成反比，半导体的霍耳系数比金属大得多。1980年，克里青发现了量子霍耳效应。他在研究处于超强磁场和超低温度之下硅的金属一氧化物-半导体场效应管的霍耳效应时，观测到霍耳电阻随外加磁场的变化曲线上出现多个平台，其电阻值与半导体材料的种类、器件制造和结构无关，而是取普适值，通过基本物理常量表示为h／ie^2.