激光等离子体相互作用中的两级质子加速（英文）北大核心CSCD

研究了激光辐射压驱动的两级质子加速的相关问题。当超短超强激光脉冲与处在背景等离子体前方的薄固体平靶相互作用时,在固体靶后部形成一个电子层-离子层组成的双层结构。在激光的不断推进下,双层结构在背景等离子体里以一定速度传播,可以看成运动在背景等离子体中的电场。这样,在背景等离子体中的质子被这个运动电场捕获并能加速到很高的能量。通过二维PIC模拟方法和理论分析研究了质子加速的相关问题。研究结果表明,被加速质子的最大能量达到20GeV。     

激光等离子体相互作用中的两级质子加速（英文）

研究了激光辐射压驱动的两级质子加速的相关问题。当超短超强激光脉冲与处在背景等离子体前方的薄固体平靶相互作用时,在固体靶后部形成一个电子层-离子层组成的双层结构。在激光的不断推进下,双层结构在背景等离子体里以一定速度传播,可以看成运动在背景等离子体中的电场。这样,在背景等离子体中的质子被这个运动电场捕获并能加速到很高的能量。通过二维PIC模拟方法和理论分析研究了质子加速的相关问题。研究结果表明,被加速质子的最大能量达到20GeV。     

高密度平面靶等离子体中激光驱动冲击波加速离子的能谱展宽

本文对超短超强激光脉冲辐照高密度等离子体产生的静电冲击波加速离子的能谱展宽机理进行了数值研究.着重讨论了三种冲击波加速离子的能谱展宽机理:能量沉积到离子中使得冲击波前沿不断减速,被加速离子与背景粒子的碰撞,以及高能离子到达靶背面时受到鞘层场进一步加速.还研究了驱动激光脉冲宽度对冲击波加速离子能谱宽度的影响. 关键词： 激光等离子体 冲击波加速 能谱展宽     

利用激光离焦的方法优化超强激光驱动的质子加速

在中国科学院物理研究所"极光Ⅱ 号"飞秒激光装置上,对激光与薄膜靶相互作用产生的靶后质子束特性进行了实验研究.结果发现,在主脉冲前存在较强的飞秒预脉冲的情况下,通过适当地对激光束散焦,可以使质子束的转换效率提高3 个数量级,并同时改善质子束的准直性.分析表明,激光散焦的方法可以有效地抑制预脉冲的流体力学效应对质子加速的负面影响,从而提高质子的转换效率.此外,粒子模拟还发现,散焦量增大时可以产生更多的中低能超热电子,这也有利于建立高质量的质子加速电场. 关键词： 超短脉冲激光与等离子体相互作用 质子加速 转换效率     

飞秒激光辐照铝靶产生快电子发射的实验和模拟研究

采用实验和数值模拟研究了飞秒激光辐照铝靶产生的快电子发射.实验中,在主脉冲前加上一个预脉冲产生预等离子体,然后主脉冲与预等离子体作用产生快电子.在激光反射方向附近,实验测量的快电子束发射与数值模拟的结果高度地一致;在靶背面,发射的快电子的数目小于数值模拟的结果,原因在于快电子在靶内输运受到电荷分离场和碰撞的影响;在数值模拟中未出现的,沿靶表面发射的快电子束,是由表面准静态电磁场的禁闭效应产生.     

超短超强激光脉冲辐照超薄碳膜电离状态研究

为了进一步理解极端条件下物质的电离特性, 特别是超短超强激光脉冲辐照超薄靶时等离子体的形成与分布, 本文以超薄碳膜为例, 细致研究了超短超强激光脉冲辐照下原子的离化过程. 分析和比较了强激光场直接作用电离和靶内静电场电离等两种场致电离形式, 在碰撞电离可以忽略的情况下, 发现更多的电离份额是来自靶内静电场的电离方式. 研究了激光脉冲强度对电离的影响, 发现激光脉冲强度越强, 电离速度越快, 产生的高价态离子所占比例也越高.当激光强度为1×10²⁰ W/cm²时, 尽管该强度高于电离生成C⁺⁶所需要的激光强度阈值, 但该激光脉冲并不能将整个靶电离成C⁺⁶离子, 对此本文进行了详细的分析. 在研究激光脉冲宽度的影响时, 发现激光脉宽越小, 电离速度越快, 但越小的激光脉冲电离获得的高价态离子越少.     

激光烧蚀Al靶产生的等离子体中辐射粒子的速度及激波

在低真空条件下(5Pa),通过测量脉冲激光烧蚀平面Al靶产生的等离子体辐射谱的时间分辨特征,得到辐射粒子速度的空间分布.在激光脉冲宽度为10ns,烧蚀斑直径为200μm,靶面上功率密度分别为1.91×10¹⁰,5.10×10¹⁰和7.64×10¹⁰W/cm²时,测得辐射粒子Al的速度均在10⁶cm/s量级,且随着靶面径向距离的增大而近似呈指数衰减.在距靶面的相同距离处,激光功率密度的增大反而使速度减小.利用激波模型(shockwave model)较好地解释了实验结果,并得出激波的波面基本为柱对称 关键词： 激光等离子体 平面Al靶 粒子速度分布 激波     

激光脉冲对内层等离子体辐射源的影响

本文的基本思想是设计双层金铝薄膜靶以检测激光脉冲宽度与等离子体消融深度的关系,找出有效的等离子体加热方法以产生更强更亮的等离子体辐射源.由于有预脉冲激光的存在,表层金薄膜首先被消融,由主脉冲携带的大能量就能较易穿过表层金等离子体将能量聚焦在内层铝靶上,由此产生内层高温等离子体.又由于外层低温等离子体存在,其将有效的阻碍内高温等离子体因膨胀而引起的能量损失.对无预脉冲而言,直接入射激光能量都沉积在靶表层形成表层高温等离子体.但是激光直接入射而产生的等离子体辐射总强度只比由预脉冲情况下产生的金等离子体辐射强度增加15%.而预脉冲能量只占激光总能量的2%.实验结果显示Al光谱线主要来自类氢,类氦离子跃迁.Au等离子体光谱线主要来自它的N带,O带和P带谱.我们也观察到一个明显的软X射线短波发射极限.所有结果显示由于预脉冲的存在将对靶各层等离子体辐射产生极大的影响     

强激光与近临界密度等离子体相互作用中的无碰撞静电冲击波产生

本文通过一维粒子模拟(particle-in-cell)方法研究了强激光与近临界密度等离子体相互作用中的弱冲击波和强冲击波产生,并讨论了非相对论和相对论光强以及等离子体密度分布区间对无碰撞冲击波形成的影响.非相对论的弱驱动光与等离子体相互作用产生的是弱冲击波.由于电子加热不充分,电子能谱呈现出双温分布.较低温度的电子对弱冲击波的形成以及质子反射加速有重要作用.弱冲击波加速质子的能谱呈连续分布.在等离子体密度上升沿区间较大时,可观察到后孤子结构向离子声波结构演化并进一步演化为弱冲击波结构的过程.在相对论的强驱动光强下,电子加热比较充分可达到相对论温度,且呈现出单温分布.进一步分析密度分布区间大小对冲击波形成的影响时发现:1)当等离子体密度上升沿区间较大时,离子声波的势垒易被热电子屏蔽且离子声波结构在传输的过程中容易被后续的激光破坏而无法演化为无碰撞冲击波;2)当等离子密度分布区间较小时,离子声波中加速电场的有效距离(即德拜长度)和持续时间更长,这导致其结构在传输过程中更加稳定.当离子声波中加速的质子与靶后鞘层场加速的质子之间的速度差满足无碰撞冲击波的离子反射条件时,离子声波进一步演化为强...     

对激光等离子体中X射线的产生与辐射加热研究

利用一维辐射流体力学程序MULTI数值模拟研究了功率为1014Wcm2、脉冲宽度为300ps、波长为0.44μm的强激光辐照平面Au靶时产生X射线的过程,给出了X射线转换效率和能谱分布.通过将靶物质划分为对所产生的X射线光学薄的转化区和光学厚的再发射区,得到了作为黑体辐射热源的最佳靶厚度,并给出了辐射加热靶所产生的等离子体的密度和温度的空间分布. 关键词： 辐射流体力学 激光等离子体 X射线转换 辐射热波     

Laser-accelerated protons with energy-dependent beam direction

The spatial distribution of protons, accelerated by intense femtosecond laser pulses interacting with thin target foils under oblique irradiation are investigated. Under certain conditions, the proton beams are directed away from the target normal. This deviation is towards the laser forward direction, with an angle that increases with the level and duration of the amplified spontaneous emission pedestal before the main laser pulse. In addition, for a given laser pulse, this beam deviation increases with proton energy. The observations are discussed in terms of different electron acceleration mechanisms and target normal sheath acceleration, in combination with a laser-controllable shock wave locally deforming the target rear surface.     

纳秒激光在铜靶材中诱导冲击波的实验研究

基于聚偏二氟乙烯压电传感器, 对铜靶材中纳秒激光脉冲诱导的冲击波传播过程进行了实验研究, 给出了铜靶材内冲击压强随激光脉冲能量和靶材厚度的变化规律. 实验结果表明: 500 mJ激光脉冲能量作用到2 mm厚的铜靶材产生的冲击压强达到2.1 MPa; 激光脉冲能量从200 mJ 增加到500 mJ, 在铜靶材厚度为2和4 mm条件下, 冲击压强分别增加了162%和231%; 而当铜靶材厚度从2 mm增加到6 mm时, 在400和500 mJ激光脉冲能量作用下, 铜靶材内冲击压强分别降低了32%和49%.     

Spatial and temporal study of shock waves generated by laser ablation for Ti target

ＳｐａｔｉａｌａｎｄｔｅｍｐｏｒａｌｓｔｕｄｙｏｆｓｈｏｃｋｗａｖｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｌａｓｅｒａｂｌａｔｉｏｎｆｏｒＴｉｔａｒｇｅｔＷＵＪｉａｄａ；ＷＵＬｉｎｇｈｕｉ；ＷＵＣｈａｎｇｚｈｅｎｇ；ＬＩＦｕｍｉｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＪｏｉｎｔＬａ...     

Shadowgraph investigation of plasma shock wave evolution from Al target under 355-nm laser ablation

The propagation of a plasma shock wave generated from an Al target surface ablated by a nanosecond Nd:YAG laser operating at 355 nm in air is investigated at the different focusing positions of the laser beam by using a time-resolved shadowgraph imaging technique. The results show that in the case of a target surface set at the off-focus position, the condition of the focal point behind or in front of the target surface greatly influences the evolution of an Al plasma shock wave, and an ionization channel forms in the case of the focal point set in front of the target surface. Moreover, it is found that the shadowgraph with the evolution time around 100 ns shows that a protrusion appears at the front tip of the shock wave if the focal point is at the target surface. In addition, the calculated results of the expanding velocity of the shock wave front, the mass density, and pressure just behind the shock wave front are presented based on the shadowgraphs.     

Dynamics evolution of shock waves in laser–material interaction

In this work, the dynamics and internal structure of shock waves in picosecond laser–material interaction are explored at the atomistic level. The pressure of the shock wave, its propagation, and interaction zone thickness between the plume and ambience are evaluated to study the effect of the laser absorption depth, ambient pressure, and laser fluence. Sound agreement is observed between the MD simulation and theoretical prediction of shock wave propagation and mass velocity. Due to the strong constraint from the compressed ambient gas, it is observed that the ablated plume could stop moving forward and mix with the ambient gas, or move backward to the target surface, leading to surface redeposition. Under smaller laser absorption depth, lower ambient pressure, or higher laser fluence, the shock wave will propagate faster and have a thicker interaction zone between the target and ambient gas.     

强脉冲激光在AZ31B镁合金中诱导冲击波的实验研究

为了研究强脉冲激光在镁合金中诱导冲击波的衰减,采用Nd:Glass脉冲激光(1054 nm,23 ns)对AZ31B变形镁合金试样表面进行冲击,并利用响应快、测量范围大的PVDF压电膜传感器以及示波器实时测量了强脉冲激光在镁合金靶中诱导激光冲击波的相对压力.根据冲击波每次在靶材背面反射时,所经过距离的不同得到激光冲击波在镁合金中的衰减规律.结果表明,在激光能量为5J的强脉冲激光作用下,镁合金中冲击波衰减的平均速度为5.83×10³ m/s,与镁合金中应力波纵波的传播速度相符;强脉冲激光诱导冲击波在镁合金中是以指数规律衰减的.试验所得分析结果对激光冲击强化镁合金的应用具有重要意义. 关键词： 激光 镁合金 压电膜传感器 衰减规律     

基于速度干涉仪的冲击波精密调速实验技术研究

冲击波精密调速技术是惯性约束聚变研究的关键技术之一. 针对冲击波精密调速诊断技术的要求, 以神光III原型上脉宽为3 ns的两台阶整形激光脉冲为源, 用石英晶体做窗口材料, 模拟了双冲击在石英晶体中传输和追赶的过程. 利用两发典型双冲击波调速的实验数据, 验证了神光III原型具有的精密调速能力. 实验结果表明, 在驱动源、 靶和诊断系统参数一致的条件下, 两发实验获得的实验结果中两次冲击出现的时刻, 冲击波速度都很一致. 通过精细分析, 发现在两次冲击交会的时刻, 干涉条纹清晰度和完整性变化最大, 最终数据处理获得的冲击波速度偏差也最大. 同时, 在二次冲击的冲击波速度有较大增加的条件下, 并没有观察到冲击波阵面的反射率的明显增加. 本文的实验结果作为一个数据依据, 为全面开展冲击波调速实验提供了有效的方法.     

Numerical Simulation of the Response of an Aluminum Target Impacted by an Intense Laser Driven Flyer

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｆｌｙｅｒｄｒｉｖｅｎｂｙｃｈｅｍｉｃａｌｅｘｐｌｏｓｉｖｅａｎｄｇａｓｇｕｎｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｅ (ＥＯＳ)ｆｏｒｍａｎｙｙｅａｒｓ[1] .Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｆｌｙｅｒｉｓａｔａｌｏｗｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｅｎｔｒｏｐｙｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｓｔａｔｅｉｎｔｈｉｓｃａｓｅ ,ｉｔｃａｎｅａｓｉｌｙｒｅｃｏｖｅｒｉｔｓｉｎｉｔｉａｌｓｔａｔｅｂｅｆｏ…     

斜入射激光驱动的冲击波在样品中传播特性的实验研究

在“神光-Ⅱ”高功率激光装置上，利用弯折靶、双台阶靶实验及通过对等离子体喷射状态的实验测量，研究了激光斜入射情况驱动的冲击波传播特性.结果表明，即使在大角度(约45°)斜入射的激光驱动下，靶材料中的冲击波依然是沿着靶面法线方向传播的，并能形成很好的一维正击波. 关键词： 斜入射 冲击波 弯折靶 双台阶靶 激光状态方程     

Numerical Simulation of the Response of an Aluminum Target Impacted by an Intense Laser Driven Flyer

Numerical calculations of the response of an aluminum target impacted by an aluminum flyer driven by an intense laser are presented. The state of the accelerated flyer and the characteristics of shock wave propagation in the target are described in detail. If the parameters of laser and flyer-target structure are selected reasonably, an approximately symmetric impact can be realized between the flyer and the target, also the shock wave in the target has a wide stable range. Therefore the absolute measurement for the equation of state (EOS) can be almost achieved in laser EOS experiments with the bothside-step-target of suitable thickness.