超短超强激光产生正电子的蒙特卡罗模拟

通过理论分析,建立了超短超强激光与固体靶作用产生正电子的蒙特卡罗模拟模型及Geant4模拟程序。模拟研究了靶材料、靶厚度及超热电子温度等对正电子产额的影响,结果表明:对铝、铜、锡、钽、金、铅6种靶材料,金靶的正电子产额最高,是优秀的正电子产生靶;不同超热电子温度下存在不同的最佳靶厚度,在最佳靶厚度以下,正电子产额随靶厚度增长而增大,靶厚度取3 mm较为合适;超热电子温度越高,正电子产额也越高,提高激光强度是增加正电子产额的有效途径。模拟研究给出了正电子角分布及其能谱,结果显示,正电子发射明显前倾,从大于90方向范围发射的正电子数量极少,且超热电子温度越高前倾特点越明显,能量呈类麦克斯韦分布,靶背法线方向出射的正电子的温度随超热电子温度升高而升高。     

金锥对靶背向超热电子分布的影响

 采用20 TW啁啾脉冲放大的ps激光辐照金锥靶和平面靶，对靶背向产生的超热电子角分布和能谱进行了实验研究。结果表明:金锥对超热电子的产生具有重要的影响。与平面靶情况相比，锥形靶靶背向产生的超热电子数量增加，电子能量为2.0~2.5 MeV的超热电子数目有大幅度增长；锥形靶背向超热电子的空间发散角大于平面靶,这是由于啁啾脉冲放大激光所固有的较高脉冲前沿产生的预等离子体造成的影响。     

利用轫致辐射谱回推超热电子温度

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轫致辐射X射线。利用蒙特卡罗方法,对电子在固体靶中传输产生的轫致辐射X射线进行了模拟。1 MeV电子束与固体靶作用产生的轫致辐射谱模拟结果表明,轫致辐射谱高能段斜率受靶厚度及靶材料的影响不明显。麦克斯韦分布的电子束及单能电子束与30 m铜靶作用的模拟结果显示,两种电子源产生的轫致辐射谱在电子束能量或温度较高时基本一致。给出了一种利用轫致辐射谱斜率反推超热电子温度的定标方法。模拟了不同温度下超热电子产生的轫致辐射光子的能量角分布及光子数角分布,结果显示辐射光子能量通量和光子数随着电子温度的提高越来越向前倾,并给出了另外一种由轫致辐射能量角分布反推超热电子温度的定标关系。     

相对论飞秒激光辐照表面调制靶产生高定向性正电子束

激光驱动的正电子源具有高产额、短脉宽、高能量的优点。采用粒子模拟和蒙特卡罗模拟相结合的方法,对相对论飞秒激光与表面具有微米丝阵结构的调制靶相互作用产生正电子束的过程进行了全三维的模拟研究。结果表明,在激光能量约3.2 J、脉宽约为40 fs的情况下,可得到产额为1011量级、最大能量达120 MeV的超热电子束,其轰击高Z转换靶可达到产额为109量级、截止能量约50 MeV的正电子,且正电子的发散角仅为4.92°。相比于平板靶,表面调制靶的使用可以提高正电子的产额、能量和定向性。     

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.     

近相对论强度激光与薄膜靶相互作用中靶厚度对超热电子发射方向的影响

研究了近相对论强度的激光脉冲与薄膜靶相互作用中，靶厚度对超热电子发射方向的影响.实验发现，随着靶厚度的增加，靶后超热电子的发射方向向靶的法线方向移动，同时电子束的发散角变大.结果分析表明，靶背面电荷分离场强度的变化是影响电子发射方向的主要原因. 关键词： 飞秒激光脉冲 超热电子 靶厚度     

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. 关键词： 超短超强激光 超热电子 蒙特卡罗方法 Kα线')" href="#">Kα线     

飞秒激光驱动X射线源中超热电子与靶相互作用研究

飞秒激光与靶相互作用产生超热电子,随后超热电子与靶原子碰撞,通过kα、kβ等散射过程,可辐射高亮度、飞秒级X射线,在原子与分子物理、生物及医学等领域均有广泛的应用前景.论文首先对飞秒激光驱动X射线源的发展进行简要叙述,然后对X射线源中的超热电子与靶相互作用进行研究.超热电子的产生由靶材对光脉冲的非碰撞吸收机制决定,X射线的产生由超热电子决定.研究超热电子、靶参数对X射线产额的影响,确定最佳参数值,可指导驱动激光脉冲参数的选择,以获得更大的X射线光子产额.使用蒙特卡洛模拟方法可研究超热电子动能及入射角、靶材(Cu靶)厚度对靶材上、下表面X射线辐射光子产额的影响,分析确定最佳超热电子动能及最佳靶厚.驱动激光强度与超热电子动能的定标关系表明：需要合理选择驱动激光参数,使真空加热机制主导超热电子产生过程,以在合适的激光脉冲强度下获得最大X射线光子产额.     

拍瓦激光与铜靶作用产生光核中子的数值模拟研究

激光驱动中子源由于中子通量高、短脉冲等特点受到广泛关注。通过辐射流体动力学、粒子动力学和蒙特卡罗三种数值模拟程序的组合使用,对超短强激光与铜靶作用产生光核中子进行了全物理过程模拟。首先使用辐射流体动力学程序获得激光预脉冲产生的预等离子体密度分布,然后将预等离子体输入粒子动力学程序获得超短强激光主脉冲产生的超热电子信息,最后将超热电子输入蒙特卡罗程序得到光核中子。模拟获得了光核中子的产额、能谱和角分布信息,发现采用强度1022 W/cm2激光、直径和厚度均为4 cm的Cu圆柱靶,可以获得产额为1.2108/J的光核中子。     

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。     

激光入射角对靶面方向超热电子发射的影响

实验研究了超短超强激光脉冲与薄膜靶相互作用中产生的超热电子角分布随激光入射角的变化.在靶面方向观测到一束方向性很好的高能超热电子.该高能超热电子束的电子数目随着激光入射角的增大而增大.对结果的分析表明，表面准静态磁场是导致表面电子产生的主要原因. 关键词： 超热电子 表面准静态磁场 超强激光脉冲与等离子体相互作用     

高能电子束韧致辐射特性的理论研究

高能电子束轰击金属靶会产生韧致辐射X射线,为优化韧致辐射X射线品质,需要研究如何获取最佳辐射效率等韧致辐射规律.结合理论分析,并采用MCNP/4C对10,20?MeV电子的韧致辐射规律进行了模拟研究.讨论了不同靶材料产生的韧致辐射效率、角分布、能谱分布、准直锥孔内辐射效率等问题.通过对不同靶材料韧致辐射的模拟研究,给出了不同厚度靶与光子效率、注量分布、出射电子与角分布的关系与规律.由此得到不同靶材料对于10,20?MeV电子在最优韧致辐射效率下的一些边界条件与规律. 关键词： 韧致辐射 最佳效率 角分布 能谱     

超热电子产生Kα辐射的参数影响

 超短超强激光与固体靶相互作用,可以产生大量的Kα特征谱线发射。这种Kα线光源在背光照相、医学成像和超快诊断等方面具有显著优势。为了寻求获得Kα线高产额的方法,利用ITS蒙卡模拟程序,对超短超强激光产生的超热电子在固体靶中产生的Kα线发射进行了模拟。系统研究了Kα线发射强度随出射角度、靶厚度和超热电子温度等参数的变化情况。研究发现在恒定的激光功率密度或超热电子温度下,存在最佳的靶厚度,使得Kα线光子产额最大,并用模拟结果对已有实验数据进行了解释。     

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利用柱坐标系下的二维PIC程序对金属靶背向超热电子束的运动特性进行了模拟,研究了超热电子的回流机制。通过对不同参数情况的比较,发现在单能情况下电子的出射率有振荡现象,而对于能量为Maxwell分布的电子,振荡趋于光滑。     

Simulation study of indirect positron generation by an ultra-short laser

Positron generation by an ultra-short ultra-intense laser in an indirect manner has been studied with two-dimensional particle-in-cell (PIC) and Monte Carlo (MC) simulations. In this generation scheme, positrons are produced with energetic electrons accelerated by an ultra-shot laser pulse propagating through an underdense plasma. The dependence of the positron beam properties on the plasma length and secondary target (converter) thickness was investigated in detail. The simulation results reveal that the positron yield is strongly correlated with the total energy of laser-accelerated electrons; both the temperature and divergence of the positron beam are sensitive to the plasma length; and the positron beam has a pulse duration comparable to the incident electron beam. In addition, it is indicated that even with the optimal converter thickness, only a small fraction (11.4%) of positrons can escape out and most of the detected positrons originate from the back edge of the converter.     

超强飞秒激光与固体靶产生的超热电子加热机制

 在SILEX-1激光器上测量了超强飞秒激光与Ta靶相互作用产生的出射超热电子能谱及角分布，研究了出射超热电子加热机制。激光脉宽为 30 fs，激光功率密度为8.5×10¹⁸ W/cm²。靶前法线方向超热电子温度为550 keV。从实验结果可知：共振吸收是靶前法线方向超热电子主要加热机制，这与靶前存在大密度标长预等离子体的实验条件吻合。靶厚为6～50 μm时，靶后超热电子沿法线方向出射；靶厚为2 mm时，该发射峰消失。     

高速H2+离子轰击C靶诱发二次电子的发射行为与入射角的关系

运用Monte-Carlo方法结合半经验理论研究了高速H2+离子轰击C靶诱发二次电子的发射行为与入射角的关系。分别研究了电子发射产额与入射角以及发射统计性与入射角的关系。结果表明，由于H2+上的价电子的影响使得背向电子发射产额不遵守余弦倒数关系。斜入射时候的前向与背向电子产额的比值跟正入射时的情况不同。电子的发射统计跟入射角没有关系。标志偏离Poission分布的值 b，随入射能量的增加而增大。