准直准单能靶面电子加速实验研究.PDF

中国科学: 物理学 力学 天文学 2015 年 第45 卷 第2 期: 025202 《中国科学》杂志社 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 快 报 准直准单能靶面电子加速实验研究 马勇, 李明华, 陈黎明* 中国科学院物理研究所, 光物理重点实验室, 北京 100190 *联系人, E-mail: lmchen@ 收稿日期: 2014-10-10; 接受日期: 2014-11-12 国家重点基础研究发展计划(编号: 2013CBA01501)、科技部国家重大科学仪器设备开发专项(编号: 2012YQ120047)、国家自然科学 基金(批准号和中国科学院重点资助项目 摘要 实验上使用大能量、亚ps 激光脉冲大角度入射固体靶, 获得了沿靶面方向定向传播、发散角仅 有2° 、峰值能量为3–4 MeV 的准直、准单能电子束. 实验发现激光对比度对靶面电子束的产生起到了至 关重要的作用, 最佳的对比度为 5×106. 在此最优化条件下, 通过背向散射光谱分析发现, 共振吸收激 发的等离子体波加速可能是电子的主要加速机制. 探针光阴影成像及等离子体自发光的精细结构显示, 预脉冲与固体靶相互作用中产生了尺度 100 m 左右的过临界密度预等离子体. 这种等离子体的作用类 似于等离子体反射镜, 使得激光脉冲被限制在预等离子体区与靶面之间, 因而最终造成了电子束沿靶面 方向的导引. 这种靶面电子束因其合适的能量范围、高度的准直性及沿靶面方向定向传播的特性有望在 惯性约束聚变尤其是锥靶快点火中得到应用. 关键词 超短超强激光, 等离子体, 靶面电子加速 PACS: 52.38.Kd, 52.38.-r, 52.50.Jm doi: 10.1360/SSPMA2014-00387 1 引言 等. 对于线偏振激光斜入射的情况, 在密度标长远小 于激光波长时, 主要的产生机制是共振吸收和真空 超短超强激光与固体靶相互作用中产生的超热 加热[14]. 这两种机制产生的超热电子主要沿密度梯 电子在高能量密度物理中具有广泛的应用前景. 例 度方向传播. 对于固体厚靶情形(仅考虑靶前方向), 如, 作为快点火中的点火电子束[1] 以及用于驱动诸如 电子束的出射方向主要为靶面法向; 在密度标长远 [2,3] [4,5] [6,7] K硬 X 射线 、高能离子 、中子 等次级粒子 大于激光波长时, 主要的加热机制为J×B 机制, 产生 和辐射源, 并且由于驱动激光的超短特性使得超热 的电子束主要沿激光传播方向传播. 对于固体厚靶 电子有望应用于超快电子衍射之中[8]. 超热电子的产 情形, 出射的电子束主要沿激光反射方向. 然而, 最 生与激光在等离子体中的吸收机制有关[9], 包括共振 近几年很多实验小组在实验中发现了和上述两种情 [10] [11] [12] [13] 形不同的实验结果[15–17], 他们发现在特定的实验条 吸收 、真空加热 、反常表面吸收 、J×B 加热 引用格式: 马勇, 李明华, 陈黎明. 准直准单能靶面电子加速实验研究. 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2015, 45: 025202