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激光团簇聚变中氘团簇的产生及特性研究

作　者: 吴玉迟
导　师: 杨朝文
学　校: 四川大学
专　业: 粒子物理与原子核物理
关键词: 氘团簇团簇特性 M-Z干涉仪瑞利散射库仑爆炸团簇聚变
分类号: O561
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 77次
引　用: 2次
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内容摘要

随着超短超强激光的发展，气体团簇和激光相互作用引起人们的广泛关注。超短超强激光与氘团簇相互作用可引发库仑爆炸释放出高能氘离子，这为激光核聚变的研究提供了又一途径。在这一过程中，团簇自身的特性对实验结果有着至关重要的影响。本文的主要内容就是研究用于团簇聚变的团簇的产生及其特性的研究。论文首先介绍了团簇的概念，并对超短超强激光与团簇相互作用的研究进展及应用前景做了简单的介绍。阐述和比较了目前国外对各种团簇特性的研究方法及相关结论。研究了各种团簇源的产生机制。结合聚变物理实验，采用超声速喷射法建立了一套用于团簇聚变研究的低温氘团簇制备系统，主要包括五个部分：进气装置，冷却装置，阀门，喷嘴，位置调整系统。经测量，在背景压强48atm、初始温度100K时，该系统可制备出大尺寸（2360原子／团簇）、高密度(3.5×10¹⁹个气体原子／cm³)的氘团簇。该团簇源制备系统的制备为激光与团簇相互作用实验奠定了基础。从理论上研究了团簇的特性，通过模拟计算得到团簇密度分布、团簇尺寸的变化规律。采用M—Z干涉法诊断气体密度，瑞利散射法诊断团簇尺寸及结核几率。研究了这两种诊断方法的原理和技术，并搭建了相关的实验诊断系统，实现了与团簇制备系统的时间和空间同步。两套实验系统的稳定性高，重复性好，且不破坏团簇的自身结构。研究了实验数据的处理方法。采用基于傅立叶变换的方法处理干涉场图，该方法精度高，处理速度快。开发了相关的实验数据处理程序，在应用中取得了良好的效果。采用M—Z干涉仪测量了在不同实验条件下的气体密度分布。（a）分析了喷嘴出口处的密度随压强、温度、喷嘴几何尺寸的变化情况，与理论模拟的结果基本符合。通过研究喷嘴轴向和径向密度分布得出密度分布的空间分布规律，同理论相结合，得到了描述喷嘴轴向和径向密度分布的半经验公式。（b）改变诊断光与阀门的相对延时，测量了密度分布随时间的变化情况。密度在一个区间内稳定在最大值，说明团簇源系统本身的工作过程中具有一个相对稳定的状态。结合团簇源的特性诊断确定了激光与团簇相互作用的最佳时间和最佳位置。（c）结合瑞利散射的实验结果，给出了喷嘴轴线上2mm处团簇的平均密度，研究其随压强的变化规律。结果表明，在一定温度下，随着背压的增加，团簇尺寸不断增加，同时结核率上升，而团簇的总体数目确在不断减少，这说明团簇的生长速率比生成速率快。通过比对国外实验和理论计算，对该团簇源系统在团簇聚变实验中的应用效果做了一定的评估。目前该团簇源的性能指标已经达到了国外团簇聚变实验中所采用团簇源的同等水平，能够为团簇聚变实验提一个良好的实验条件。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-18
  1.1 简介  9-10
  1.2 超短激光与团簇相互作用的研究现状和发展趋势  10-12
  1.3 短激光与团簇相互作用的潜在应用  12-14
  1.4 团簇及团簇源特性研究  14-17
  1.5 本文研究的内容及意义  17-18
第2章团簇源及其制备系统  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 团簇源种类  18-21
    2.2.1 超声速喷射  18-20
    2.2.2 载体团簇源  20-21
    2.2.3 溅射团簇源  21
  2.3 团簇源制备系统  21-25
    2.3.1 低温团簇制备系统  21-22
    2.3.2 阀门  22-24
    2.3.3 喷嘴  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章团簇特性及其诊断系统  26-42
  3.1 引言  26
  3.2 团簇的数密度分布特性  26-29
  3.3 团簇的尺寸及结核几率特性  29-30
  3.4 团簇数密度分布的测量  30-36
    3.4.1 干涉法测量团簇密度原理  30-34
      3.4.1.1 基本原理  31-33
      3.4.1.2 马赫-泽德(M-Z)干涉仪  33-34
    3.4.2 密度测量诊断系统  34-35
    3.4.3 同步系统  35-36
  3.5 团簇的尺寸及结核几率的测量  36-41
    3.5.1 瑞利散射基本原理  36-40
    3.5.2 瑞利散射测量系统  40-41
  3.6 本章小结  41-42
第4章团簇特性实验数据处理方法  42-55
  4.1 引言  42
  4.2 密度分布测量数据处理方法  42-52
    4.2.1 干涉条纹处理方法  42-46
      4.2.1.1 基于傅立叶变换的相位反演方法  43-44
      4.2.1.2 相位展开方法  44-46
    4.2.2 折射率的计算方法  46-50
    4.2.3 密度分布的计算方法  50-52
  4.3 尺寸测量数据处理方法  52-54
  4.4 本章小节  54-55
第5章团簇特性的实验研究  55-65
  5.1 引言  55
  5.2 实验条件及结果  55-57
  5.3 实验数据的处理及讨论  57-64
  5.4 本章小结  64-65
第6章超声速团簇源应用于团簇聚变的相关讨论  65-68
第7章结果与结论  68-70
参考文献  70-75
附录  75-77
致谢  77

激光团簇聚变中氘团簇的产生及特性研究

内容摘要

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