拍瓦激光驱动纳米刷靶高品质质子束的产生

超强激光加速产生的高能质子束源在基础物理研究、材料科学、生物医疗等领域具有广泛应用前景。基于激光聚变研究中心的SILEX-II装置,开展了高对比度飞秒激光驱动纳米刷靶质子加速实验研究。采用等离子体镜技术进一步提升激光对比度,有效降低了预脉冲对纳米刷靶结构的影响。相比于平面靶,采用纳米刷靶质子截止能量提高到1.5倍,质子束产额增加近一个量级,成功验证了超高功率密度下纳米刷靶对激光离子加速的增强效果,并且有效提升了质子束空间分布的均匀性。研究结果为高品质质子束源的产生和应用提供了技术途径。     

一种低喷气量微气室喷嘴在激光尾场加速中的应用

激光尾场加速是一种利用超强飞秒激光与气体靶作用加速电子的新型加速技术,经过40多年的发展已经日益成熟,但是重复频率相比传统加速器还有很大的差距.高重复频率加速是未来激光尾场加速的一个重要发展方向,届时气体靶给真空系统带来的负载将不可忽视,这可能会成为限制重复频率的重要因素.本文设计了一种应用于中小规模激光器的微气室喷嘴,并通过三维流体模拟对比了这种喷嘴和常用的超音速喷嘴的喷气量差异,证明它不仅能够产生和超音速喷嘴类似的密度分布,还能够大幅降低喷气量,从而减小真空系统的负载,提高重频的上限.此外,把这种微气室喷嘴应用于激光尾场加速实验中,在多条件下产生了稳定性很好的电子束.这个工作将为高重频、高稳定性的尾场加速做出贡献.     

激光等离子体射流驱动亚毫米直径铝飞片及姿态诊断

强激光烧蚀低密度有机材料形成等离子体射流碰撞,可以对材料进行准等熵加载,比激光冲击加载应变率低,相同压强下可以获得更高的压缩度和更低的温升,在状态方程、飞片加速等方面有很强的应用前景.在星光Ⅲ置上首次开展了等离子体射流驱动小尺寸铝飞片及姿态诊断联合实验.通过调控有机材料厚度和真空间隙长度,获得了厚度20μm、直径约400μm的铝飞片,飞片加速时间长达200 ns.基于ps拍瓦激光的高能X光背光照相结果显示铝飞片在飞行约400μm距离后仍然保持了很好的飞行姿态和完整性.     

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。

     

单光子计数型CCD的蒙特卡罗模拟

建立了适用于研究PI-LCX：1300型单光子计数型CCD量子效率及多像素事件的蒙特卡罗模拟模型,采用蒙特卡罗程序Geant4对0.5~30.0 keV能量区间的X射线在CCD芯片中的输运进行了模拟研究。研究了X射线在CCD芯片中的能量沉积谱,给出了CCD探测X射线的效率曲线,其结果与厂家提供的效率曲线一致。研究了Si片厚度对探测效率的影响,结果表明在有效探测范围内,Si片越厚探测效率越高,而对较高能量的X射线,此趋势不明显。研究了能量沉积分布在多个像素中的问题,结果表明周围像素中的能量沉积主要由中心像素的特征X射线及瑞利散射X射线所贡献,在5~30 keV之间X射线能量越高,能量沉积效率越低,多像素污染效果越弱。     

针对高压物质密度诊断的激光X射线照相优化设计

激光驱动冲击波能提供高压的物质状态, 是状态方程研究的重要工具. 超短超强激光与固体靶相互作用产生的X射线源, 具有短脉冲、微焦点、高产额、能量可调的特点, 是高压物质密度测量的首选背光源. 本文基于蒙特卡罗程序Geant4建立了X射线照相模型, 客体密度分布由流体力学程序Multi-1D模拟激光冲击加载高压物质获得. 在一维长方体形密度客体情况下, 定义了均方根、峰值偏差与上升沿斜率比三种指标, 对照相图像求解的密度结果进行评价, 开展了照相结果信噪比、分辨率与对比度等参数优化. 并开展了一维圆柱形密度客体的照相模拟, 建立了基于Radon逆变换法的Abel反演算法. 反演结果与模拟设计密度分布符合良好, 要求X射线源半径在5 μm以内; 反演结果与模拟设计密度分布较为一致, 要求X射线源半径在15 μm以内.     

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。     

康普顿照相中的背景噪声分析北大核心CSCD

康普顿照相是用于压缩靶丸成像、诊断内爆压缩对称性的一种有效技术手段。如何屏蔽成像过程中的背景噪声是康普顿照相技术的重点问题,同时也是一个难点问题。分析了靶环境以及各种背景信号的来源,并提出了相应的屏蔽建议。通过分析可以看到,在中子产额小于1013sr-1、压缩靶丸中心温度小于5 ke V时,通过使用相应的屏蔽措施并采用合适的诊断措施和记录设备,可以把背景噪声降至109sr-1以下,使康普顿照相中的面密度测量精度达到5%左右。     

硬X射线透射晶体谱仪的设计性能参数

激光等离子体相互作用高分辨硬X射线光谱的测量通常采用柱面透射弯晶谱仪实现。利用几何光学模型对柱面透射弯晶谱仪的关键技术参数进行了理论计算和数值模拟,给出了谱仪弯晶曲率半径、光源到晶体的距离、光源尺寸和探测器的位置等因素对谱仪测谱范围和分辨能力的影响情况,分析了光谱分辨水平随能点的变化。分析结果表明:晶体曲率半径对测谱范围和谱分辨能力影响大,在光源尺寸较小时,随着探测器与罗兰圆距离的增加,谱线之间距离增加的速度大于光谱线宽增加的速度,使得分辨能力增加。     

基于混合注入机制的级联尾场电子加速

激光尾场电子加速装置中,为了获得可稳定重复产生的高质量单能尾场电子,电子的可控注入是其中的关键.基于自主设计的级联加速喷气靶,研究离化注入、冲击波前沿注入等可控注入技术及其结合对尾场电子产生阈值、电子能谱及其稳定性的影响.研究结果显示,离化注入机制、冲击波前沿注入机制以及级联加速喷嘴的结合,可以使尾场电子的注入阈值大幅度降低,且电子的离化注入区域被限制于冲击波前沿处,最终大幅度降低电子束的绝对能散、提高稳定性.在最优化的条件下,可以获得最小发散角为(3.6×3.8)mrad,平均中心能量为(63.24±6.12)MeV,平均能散为(13.0±3.9)MeV、平均电量为(5.99±3.10)pC的重频单能尾场电子.