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飞秒强激光中异核团簇的爆炸动力学研究

作　者: 高启文
导　师: 李邵辉
学　校: 汕头大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 异核团簇飞秒强激光库仑爆炸过势垒电离甲烷
分类号: TN241
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着激光放大技术的不断发展,激光与物质相互作用研究,特别是强激光与团簇相互作用研究进入到一个崭新阶段。由于团簇兼具有气体与固体的特点,对激光能量有非常高的吸收效率,许多研究小组对团簇与飞秒激光脉冲的相互作用开展了系统的研究。自1999年在实验上利用飞秒强激光脉冲照射氘团簇,实现“台式聚变”以来,如何提高氘离子能量,进而提高中子产额,成为超强激光驱动氘核聚变反应的研究热点之一。本文采用Bethe模型,理论模拟了异核团簇((CH4)n、(CD4)n、(D2O)n)与飞秒强激光(I=1017-1020W/cm2)相互作用的爆炸动力学过程。研究结果表明：第一,在飞秒强激光中的爆炸过程中,异核团簇表现出不同于单核团簇的膨胀特征。团簇爆炸后产生的离子平均能量(H+、D+、C4+和O4+)与团簇初始半径的平方呈线性关系,爆炸机理为典型的库仑爆炸。第二,对于含有相同氢(氘)原子的同核和异核团簇,异核分子团簇发生库仑爆炸后的氢(氘)离子能量明显高于相应的单核的(H)n、((D)n)团簇爆炸后所产生的氢(氘)离子能量,显示异核团簇中高z元素电离后产生的高价离子对低Z元素离子有很强的加速作用。第三,在考虑实验中激光强度和团簇尺寸的正态分布后,理论模拟所得到的飞秒强激光场中团簇爆炸后的离子能谱分布与实验结果比较吻合。以上研究结果显示利用Bethe过势垒模型可以很好的模拟异核团簇与飞秒强激光的相互作用过程。研究结果表明,利用异核团簇与激光相互作用可以获得更高的氘离子能量,从而有效提高台式激光核聚变的中子产额。本论文研究结果对激光驱动核聚变相关的实验研究具有一定的参考意义.

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-20
  1.1 激光与团簇  7-9
    1.1.1 激光及激光技术的发展  7-8
    1.1.2 团簇的基本性质及制备  8-9
  1.2 超强超短脉冲激光与团簇相互作用研究取得的成果  9-16
    1.2.1 团簇对激光能量吸收  10-11
    1.2.2 相互作用过程中产生的高能电子  11-12
    1.2.3 相互作用过程中产生的高电荷态离子和超短波长X射线  12-13
    1.2.4 相互作用过程中高能离子的产生以及激光驱动核聚变  13-16
  1.3 强激光与物质相互作用的几种理论模型  16-18
    1.3.1 电离点火模型  16-17
    1.3.2 微等离子体球模型  17
    1.3.3 经典动力学模型  17
    1.3.4 Thomas-FEMI模型  17-18
    1.3.5 Bethe过势垒模型  18
  1.4 本文研究意义及内容安排  18-20
    1.4.1 研究意义  18-19
    1.4.2 本文内容安排  19-20
2 异核团簇在强飞秒激光场中的动力学行为分析  20-34
  2.1 引言  20
  2.2 飞秒强激光与团簇相互作用物理模型  20-25
  2.3 模拟结果与分析  25-33
    2.3.1 异核团簇膨胀过程的动力学分析  25-29
    2.3.2 爆炸过程中异核团簇中高Z元素离子对低Z元素离子的加速作用  29-33
  2.4 小结  33-34
3 离子分布的模拟计算  34-39
  3.1 实验室中离子平均能量的测量  34-35
  3.2 光强与团簇的正态分布对离子能谱的影响  35-39
4 结论与展望  39-41
  4.1 结论  39-40
  4.2 展望  40-41
5 参考文献  41-47
致谢  47-48
研究生期间发表的论文  48-49
简历  49

飞秒强激光中异核团簇的爆炸动力学研究

内容摘要

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