超短超强激光与物质相互作用x射线辐射实验-研究

《超短超强激光与物质相互作用x射线辐射实验-研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、四川大学硕士学位论文第一章绪论1．1X射线及其应用x射线是德国物理学家威廉．伦琴(Rontgen，w．K．，1845～1923)在1895年做阴极射线实验时发现的，当年他用x射线给他妻子的左手骨骼拍照时，揭示出x射线的强大威力，伦琴也因为发现X射线于1901年获得首届诺贝尔物理学奖。今天，x射线已经广泛应用于医学、物理学、化学等科学领域及工、农业生产等领域，如用x射线诊断人体疾患，用激光辐照腔靶产生的高能x射线进行间接驱动核聚变，通过研究超短超强激光脉冲与固体靶相互作用产生的K-alpha线的特性研究超短超强激光与物质相互作用的机制及产生

2、的超热电子的特性，用X射线激光研究等离子体电子密度等等。本节首先介绍x射线的主要产生机制，然后讨论x射线的应用及惯性约束核聚交(ICF)。1．1．1X射线的主要产生机制“捌x射线的本质是一种电磁波，它具有电磁波的一切特点，如：反射、折射、衍射、干涉、偏振等，其波长及频率在电磁波中的位置如图1．1所示。图1．1x射线的波长及频率在电磁波中的位置四川大学硕士学位论文x射线主要有两种产生机制，即：轫致辐射和线辐射产生X射线，经典电动力学告诉我们，带电粒子在加速或减速时必伴随着辐射，当带电粒子与离子或原子(原子核)相碰撞，在其库仑场的作用下发生骤

3、然变速，由此伴随的辐射称之为轫致辐射。激光产生的等离子体中，电子与离子的库仑相互作用导致电子加速从而产生轫致辐射，但电子与其它电子的碰撞因为两个电子的加速度相等和方向相反并不产生这类辐射。线辐射是原子中电子在不同能级之间跃迁产生的，对其研究最多的是特征辐射，特征辐射又称标识辐射，是原子内壳层电子之间跃迁产生的。产生特征x射线辐射必须先在内壳层产生空穴，如K-alpha线的产生是先在K壳层产生空穴，L壳层的电子向K壳层跃迁产生的，产生空穴的方法有：e—x，用电子束产生空穴，称之为电子x荧光分析；p--X，用质子束产生，称之为质子X荧光分析；

4、I—x，用离子束产生，称之为离子x荧光分析；x—x，用x射线柬产生，称之为x荧光分析。激光产生的等离子体中。高能量的超热电子与原子、离子碰撞将其内壳层电离产生空穴，从而产生特征x射线辐射。各元素的特征x射线谱具有相似的结构，但各元素的特征X射线的能量值(或波长值)各不相同，如指纹可作为人的特征，特征x射线可作为元素的标识。激光等离子体x射线产生的机制还有复合辐射、同步辐射等，此外在一定条件下还可以产生x射线激光辐射等仇日。1．1．2X射线的应用及惯性约束聚变自X射线发现以来，x射线已广泛应用于科学研究及生产等各种领域。如x射线给医生增长了

5、一双能透视人体内部的眼睛，这在医学上的确是个了不起的跃进。通过x射线可以进一步研究原子结构。x射线谱学为研究激光等离子体相互作用，尤其是在惯性约束聚变中为研究激光与爆聚靶相互作用提供了各种各样的诊断手段，例如研究热传导、不同靶层的混合和确定压缩在靶芯上的温度和密度。超短超强激光打靶形成的x射线源具有空间尺度小(微米量级)和时间尺度短(皮秒量级)等独特的性质，可应用于惯性约束聚变背光照相(0-色K-alpha线)、光刻、时间分辨x射线衍射、内壳层光电离x射线激光、“快点火”研究中通过研究硬x射线研究超热电子等。x射线激光可以用于诊断激光产生

6、的等离子体状态，用于研究表面物理和化学等嘲。2四川大学硕士学位论文惯性约束聚变这个概念是二十世纪六十年代时，世界上多位科学家提出来的，其中包括中国著名科学家王淦昌先生。他提出利用大能量高功率激光器轰击氘冰，产生中子，并以此作为氢弹的点火机制。所谓的惯性约束是指在短时间内将极大的能量注入核燃料，产生高温高压高密度等离子体，然后利用物质的惯性，使得这些高温高压高密度等离子体在飞散以前完成核聚变的方式。以惯性约束机制对核聚变进行约束，我们称之为惯性约束聚变峨。“。惯性约束聚变可以概括为四个阶段棚：辐射加热、内爆压缩、聚变点火和聚变燃烧(如图1．

7、2)。加热：将大功率激光器产生的激光束或由粒子加速器产生的高能粒子束照射在由D—T材料构成的靶球上，靶球外表面在纳秒级时间内迅速电离和消融，形成温度为数千电子伏的等离子体层一电晕层。压缩：电晕层一部分等离子体以极快的速度(约108ends)向外喷射，剩余部分的等离子体在向外喷射等离子体的反作用力的作用下聚心压缩，在燃料的中心形成很小的但有着极高温度(约100。000，000。C)和极高密度(约100～10009／em。)的等离子体区域，称为热斑。点火：在热斑区域，高温高密度等离子体燃料发生热核反应，并且释放出能量巨大的中子(14．06Me

8、v)和口粒子(3．52MeV)。燃烧：带电粒子的能量沉积在周围的燃料中，加热这部分燃料，开始了从里到外的热核燃料的燃烧过程，这种燃烧的波前从里到外通过整个燃料区域的时间比燃料飞散的时间要短，因