基于激光等离子体的X/γ辐射研究进展

随着激光技术的不断发展,激光功率突破10 PW量级,激光与物质相互作用进入近量子电动力学（QED）范畴。从弱相对论激光到相对论激光再到强相对论激光,激光场与物质的耦合可以产生能量从keV到MeV甚至GeV的X/γ射线。这些辐射具有通量大、亮度高、能量高和脉宽短等特点,在核物理、高能量密度物理、天体物理等基础研究以及材料科学、成像、医学等领域具有广泛应用前景。系统梳理了近年来相对论强激光与气体、近临界密度等离子体及固体靶相互作用,通过诸如同步辐射、betatron和类betatron辐射、Thomson散射和非线性Compton散射过程等产生高能X/γ射线的最新研究进展,总结了各种方案产生的X/γ射线的品质因子和潜在应用,并为下一步基于强激光大科学装置的实验研究提供理论参考。     

超强激光驱动的辐射反作用力效应与极化粒子加速

光强超过10~(22) W/cm~2的极端超强激光将光与物质的相互作用推进到辐射主导区域,激发高能伽马光子辐射,产生明显的辐射反作用力效应.辐射反作用力可以显著影响强场中带电粒子的动力学行为,并从根本上改变了极端强场区域的激光等离子体相互作用规律.如何理解和验证辐射反作用力效应是强场物理研究的核心内容之一.本文结合该方向的国内外研究进展,论述了辐射反作用力的经典形式与强场量子电动力学的理论计算与模拟方法,详细讨论了单粒子在强场中的反射、量子随机辐射、自旋-辐射耦合等效应,介绍了激光等离子体相互作用中的电子冷却、辐射俘获、高效伽马辐射等机制,并给出了目前辐射反作用力效应的实验验证方法与进展.针对自旋在强场量子电动力学方面的效应,介绍了激光加速产生极化粒子源的方法.     

强场物理—一门崭新的学科

强场物理是一门正在形成之中的新学科，给许多传统学科带来了巨大的冲击和发展机遇。文章简要评述了强场物理目前的研究热点。     

X射线激光场图测量方法

X射线激光具有波长短、脉冲短、亮度高而又具有良好相干性的优点，因此在很多领域有潜在的应用前景。了解X射线激光输出的特性是对X射线激光应用研究的前提，也有必要进行深人的研究。通常情况，都是利用平焦场光栅谱仪来进行X射线激光的探测，测量诸如输出强度、发散角、折射角等参数，并且作为优化驱动条件和输出特性的依据。但是现在这种方法却有很大的局限性：因为它给出的只是在某个方向上、某个局部位置的结果，所以很难获得全面的关于X射线激光输出特性。而利用场图测量的方法，     

强场物理新进展--强激光在等离子体中加速电子的新机制

相对论强激光与等离子体相互作用中高能电子的产生机制是近年来一直被广泛重视的课题，文章扼要介绍了其中主要的几种加速机制，并特别介绍了作者最近提出的电子在对撞激光场中的随机加速机制。     

X射线激光研究的进展概述

Ｘ射线激光是目前激光物理与等离子体物理中的一个重要研究领域，文章介绍了Ｘ射线激光的基本物理概念，最新研究动态，目前存在的问题和困难以及Ｘ射线激光研究和应用的发展趋势。     

电子在激光驻波场中运动产生的太赫兹及X射线辐射研究

采用单电子模型和经典辐射理论分别对低能和高能电子在线偏振激光驻波场中的运动和辐射过程进行了研究. 结果表明: 垂直于激光电场方向入射的低速电子在激光驻波场中随着光强的增大, 逐渐从一维近周期运动演变为二维折叠运动, 并产生强的微米量级波长的太赫兹辐射; 高能电子垂直或者平行于激光电场方向入射到激光驻波场中, 都会产生波长在几个纳米的高频辐射; 低能电子与激光驻波场作用中, 激光强度影响着电子的运动形式、辐射频率以及辐射强度; 高能电子入射时, 激光强度影响了电子高频辐射的强度, 电子初始能量影响着辐射的频率; 电子能量越高, 产生的辐射频率越大. 研究表明可以由激光加速电子的方式得到不同能量的电子束, 并利用电子束在激光驻波场的辐射使之成为太赫兹和X射线波段的小型辐射源. 研究结果可以为实验研究和利用激光驻波场中的电子辐射提供依据.     

超短强激光辐照Ar喷气靶的X射线发射

利用带差分抽运系统的高效高分辨率软Ｘ射线大面积透射光栅光谱仪,对超短强激光脉冲辐照下氩气体靶的软Ｘ射线发射特性进行了光谱诊断。测量了氩气１２ｎｍ￣３５ｎｍ范围内的Ｘ射线发射光谱,并观察到Ｘ射线发射强度随喷气气压的增加而增加。     

中Z元素激光等离子体软X射线辐射特性

通过分析中等Z元素激光等离子体辐射特性,本文获得了丰富的类氧,类氟、类氖等离子线谱、连续谱及谱与原子序数之间关系。     

Photonic dark matter portal and quantum physics

We study a model of dark matter in which the hidden sector interacts with standard model particles via a hidden photonic portal.We investigate the effects of this new interaction on the hydrogen atom,including the Stark,Zeeman and hyperfine effects.Using the accuracy of the measurement of energy,we obtain an upper bound for the coupling constant of the model as f≤10~(-12).We also calculate the contribution from the hidden photonic portal to the anomalous magnetic moment of the muon as α_μ≤ 2.2 × 10~(-23)(for the dark particle mass scale 100MeV),which provides an important probe of physics beyond the standard model.     

X射线物理学

X射线自1895年被发现以来,为科学研究提供了丰富多样的探测和分析手段。随着以同步辐射为代表的先进X射线光源的出现,X射线实验方法不断发展,已经成为推动前沿基础和应用科学研究突破的重要实验手段。文章从X射线与物质的相互作用出发,简要阐述X射线实验方法如何探测不同的物理研究对象,如局域结构、晶体结构、纳米尺度结构、表面界面结构、电子结构、自旋结构等。最后展望更先进的X射线光源为科学研究带来的机遇。     

Laser Compton scattering for a linearly polarized laser

Laser Compton light sources are potential candidates for the next generation of high-brightness X or γ-ray sources. When increasing the laser power to obtain intense X-ray laser, nonlinear Compton scattering happens. Nonlinear Compton scattering of linearly polarized laser beam is discussed in this paper. A complete transition probability formula is introduced and the polarization properties of final photons are discussed for different conditions.     

Laser Compton scattering for a linearly polarized laser

Laser Compton light sources are potential candidates for the next generation of high-brightness X or γ-ray sources. When increasing the laser power to obtain intense X-ray laser, nonlinear Compton scattering happens. Nonlinear Compton scattering of linearly polarized laser beam is discussed in this paper. A complete transition probability formula is introduced and the polarization properties of final photons are discussed for different conditions.     

线偏振激光场中原子的多光子电离的光电子角分布研究

非微扰量子电动力学的发展使我们可以利用精确的波函数和非微扰的散射理论来研究多光子电离问题.文章作者及其合作者发展了光电子角分布的处理方法,利用复合相位Bessel函数来表征光电子的跃迁几率幅,将光电子的角分布与复合相位Bessel函数直接联系起来.研究发现,复合相位Bessel函数的性质决定了光电子角分布的主要特点及其随激光强度、频率以及光电子能量的演化.该理论不但证实了实验上已经观测到的各种光电子角分布,而且还预言了实验上尚未观测到的光电子角分布,确立了光电子角分布的标度定律.     

核物理与核探测、核分析技术的应用

文章概要介绍了随着核物理研究发展起来的辐射和粒子探测的原理、方法和主要技术,举例介绍了相关核物理与核探测、核分析的典型技术及其在高精度测量和医学中的广泛应用,如活化分析技术、穆斯堡尔谱学、核磁共振技术、加速器质谱技术、核医学成像、同步辐射技术、中子散射分析、放射性示踪技术等等.     

高频强电场下的等离子体X光发射增强

本文报道GaAs和Zn激光等离子体在高频强电场击穿气体从而在靶周围形成一层电子云的条件下,使等离子体高阶电离离子的X射线发射增强现象。     

核物理与核探测、核分析技术的应用

文章概要介绍了随着核物理研究发展起来的辐射和粒子探测的原理、方法和主要技术,举例介绍了相关核物理与核探测、核分析的典型技术及其在高精度测量和医学中的广泛应用,如活化分析技术、穆斯堡尔谱学、核磁共振技术、加速器质谱技术、核医学成像、同步辐射技术、中子散射分析、放射性示踪技术等等.