利用轫致辐射谱回推超热电子温度
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第 ２ ５ 卷 第 １期 ２ ０ １ ３年 １月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ Ｇ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ １ ． ２ ５，ＮＯ ． １
Ｊ ａ ｎ ． ，２ ０ １ ３
文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ４ ３ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ２ ４ １ — ０ ４
子则 是 沿靶 的法 向方 向 。因此 在 模 拟 中 我们 主 要 考 虑 沿
法线 方 向 向靶 内发 射 的超 热 电子 。 图 １为超 高 强 激 光 与 １ 船 。 物质 相互 作用 产 生 ｘ射线 的示 意 图 。从 图 中可 以看 出 ， 有 部分超 热 电子 在靶 内传 输 过 程 中与靶 原 子 发 生次 级 过 程 ， 辐射 出 了 ｘ射 线 ； 还有 部分 电子 直 接穿 出 了固体 靶 。故 采
中 图分 类 号 ： ０５ ３ ６ ； Ｏ５ ７ １ ． １ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ ＨＰ Ｌ Ｐ Ｂ ２ ０ １ ３ ２ ５ ０ １ ． ０ ２ ４ １
随着 超 高强激 光技 术 的发展 ， 特 别是 啁 啾脉 冲放大 （ Ｃ Ｐ Ａ） 激光 技术 的快 速发展 ， 激 光脉 冲宽度 可 以压缩 到 几十 ｆ ｓ ， 激光 焦 斑 为数 十 ／ ， ｍ， 激光 强 度 可达 到 １ ０ Ｗ ／ ｃ ｍ。 以上 。由此 产 生 的激 光离 子加 速 、 快 点火 等 强场 物 理研究 领 域 近年来 得 到 了广 泛发 展［ １ ］ 。研 究超 强激 光 与 固体靶 相 互作 用 产 生 的超 热 电子 特 性对 理 解 超强 激 光 等 离子 体相 互作 用 、 激 光 离子 加速 研究 及快 点火 研究 等具 有重 要意 义¨ ｇ ］ 。 当超 短超 强激 光与 固体靶 作用 时 ， 靶 表 面迅 速被 离化 产生 等离 子体 。激 光通 过 ｔ ， ×Ｂ、 共 振 吸收 、 真空 加热 等机 制产 生大 量超热 电子 ， 其 能量服 从 准麦 克斯 韦分 布 ， 温度达 几 百 ｋ ｅ Ｖ 或 Ｍｅ Ｖ［ １ ］ 。当前研究 超 短激 光 与 固体 靶作 用 产生 超 热 电子特 性 的主要 方 法 是利 用 磁谱 仪直 接分 析穿 透靶 的超 热 电子 ， 但实 际上 超热 电子 产生后 要 经历一 段在 固体 靶 中的输运 过程 ， 其 能量分 布 和角分 布 由于受 到 各种 场 的影 响早 已发生 了改变 。此 外 通 过探 测超 热 电子 与 固体靶 作 用 产生 的 Ｋａ
线 辐射 和 轫致辐 射 ， 也可 以研 究超 热 电子 的特性 、 了解超 热 电子在 固体 靶 内能量 的沉 积等物 理 问题 。本文利 用
蒙 特卡 罗方 法 ， 对超 热 电子在 铜 固体靶 中的传输 进行 了模 拟 ， 提 出两种 利用 轫致 辐射 能谱 回推超 热 电子温度 的
定 标方 法 。
１ 理 论模 型
超 短超 强激 光 与 固体 靶 相 互 作 用 时 产 生 的 超 热 电子
ｈ ｏ ｔ ｅ ｌ ｅ ｔ
服从 准 麦 克 斯 韦分 布 ， 其 中 Ｊ×Ｂ 机制 产 生 的超 热 电子 沿 激光 传播 方 向 ， 而 共振 吸 收 和真 空 加 热 机制 产 生 的 超热 电
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 。 关键词 ： 超短超强激光 ； 超 热 电子 ； 轫致 辐 射 ； 蒙 特 卡 罗方 法
用 超 热 电子在 靶 内输 运 产 生 的 Ｘ射 线 特 性 表 征 超 热 电子
ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏｎ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ
的物 理特 征是 一种 有效 的方 法 。
ＭＣ ＮＰ 是 应 用 最 多 并 得 到 广 泛 验 证 的 经 典 蒙 特 卡 罗
利 用 轫 致 辐射 谱 回推超 热 电子温 度
赵 宗清 ， 闫永宏 ， 何 晟 ， 韩 丹 ， 滕 建 ， 曹磊峰 ， 谷渝秋 ， 张保汉
（ １ ．中 国工 程 物 理 研 究 院 激 光 聚 变 研 究 中 心 ，等 离 子 体 物 理 重 点 实 验 室 ，四川 绵 阳 ６ ２ １ ９ ０ ０
双指数拟合得到的曲线与模拟的轫致辐射谱高能段斜率与超热电子温度的关系比较吻合即轫致辐射谱高能段斜率k与电子温度th的关系为k2868exp第25卷fig5slopesofhighenergypartofbremsstrahlungspectrainnormaldirectionontargetback靶后法向点探测器轫致辐射谱高能段斜率fig6fitofrelationbetweenslopeofhighenergypartofbremsstrahlungspectrumandelectrontemperature这种利用轫致辐射谱高能段斜率对超热电子温度定标的方法可能具有比较好的通用性
２ ．北 京 大 学 物 理 学 院 ，北京 １ ０ ０ ８ ７ １ ）
摘
要 ： 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 Ｍｅ Ｖ 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 ３ ０ ｐ ｔ 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
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ Ｇ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ １ ． ２ ５，ＮＯ ． １
Ｊ ａ ｎ ． ，２ ０ １ ３
文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ４ ３ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ２ ４ １ — ０ ４
子则 是 沿靶 的法 向方 向 。因此 在 模 拟 中 我们 主 要 考 虑 沿
法线 方 向 向靶 内发 射 的超 热 电子 。 图 １为超 高 强 激 光 与 １ 船 。 物质 相互 作用 产 生 ｘ射线 的示 意 图 。从 图 中可 以看 出 ， 有 部分超 热 电子 在靶 内传 输 过 程 中与靶 原 子 发 生次 级 过 程 ， 辐射 出 了 ｘ射 线 ； 还有 部分 电子 直 接穿 出 了固体 靶 。故 采
中 图分 类 号 ： ０５ ３ ６ ； Ｏ５ ７ １ ． １ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ ＨＰ Ｌ Ｐ Ｂ ２ ０ １ ３ ２ ５ ０ １ ． ０ ２ ４ １
随着 超 高强激 光技 术 的发展 ， 特 别是 啁 啾脉 冲放大 （ Ｃ Ｐ Ａ） 激光 技术 的快 速发展 ， 激 光脉 冲宽度 可 以压缩 到 几十 ｆ ｓ ， 激光 焦 斑 为数 十 ／ ， ｍ， 激光 强 度 可达 到 １ ０ Ｗ ／ ｃ ｍ。 以上 。由此 产 生 的激 光离 子加 速 、 快 点火 等 强场 物 理研究 领 域 近年来 得 到 了广 泛发 展［ １ ］ 。研 究超 强激 光 与 固体靶 相 互作 用 产 生 的超 热 电子 特 性对 理 解 超强 激 光 等 离子 体相 互作 用 、 激 光 离子 加速 研究 及快 点火 研究 等具 有重 要意 义¨ ｇ ］ 。 当超 短超 强激 光与 固体靶 作用 时 ， 靶 表 面迅 速被 离化 产生 等离 子体 。激 光通 过 ｔ ， ×Ｂ、 共 振 吸收 、 真空 加热 等机 制产 生大 量超热 电子 ， 其 能量服 从 准麦 克斯 韦分 布 ， 温度达 几 百 ｋ ｅ Ｖ 或 Ｍｅ Ｖ［ １ ］ 。当前研究 超 短激 光 与 固体 靶作 用 产生 超 热 电子特 性 的主要 方 法 是利 用 磁谱 仪直 接分 析穿 透靶 的超 热 电子 ， 但实 际上 超热 电子 产生后 要 经历一 段在 固体 靶 中的输运 过程 ， 其 能量分 布 和角分 布 由于受 到 各种 场 的影 响早 已发生 了改变 。此 外 通 过探 测超 热 电子 与 固体靶 作 用 产生 的 Ｋａ
线 辐射 和 轫致辐 射 ， 也可 以研 究超 热 电子 的特性 、 了解超 热 电子在 固体 靶 内能量 的沉 积等物 理 问题 。本文利 用
蒙 特卡 罗方 法 ， 对超 热 电子在 铜 固体靶 中的传输 进行 了模 拟 ， 提 出两种 利用 轫致 辐射 能谱 回推超 热 电子温度 的
定 标方 法 。
１ 理 论模 型
超 短超 强激 光 与 固体 靶 相 互 作 用 时 产 生 的 超 热 电子
ｈ ｏ ｔ ｅ ｌ ｅ ｔ
服从 准 麦 克 斯 韦分 布 ， 其 中 Ｊ×Ｂ 机制 产 生 的超 热 电子 沿 激光 传播 方 向 ， 而 共振 吸 收 和真 空 加 热 机制 产 生 的 超热 电
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 。 关键词 ： 超短超强激光 ； 超 热 电子 ； 轫致 辐 射 ； 蒙 特 卡 罗方 法
用 超 热 电子在 靶 内输 运 产 生 的 Ｘ射 线 特 性 表 征 超 热 电子
ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏｎ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ
的物 理特 征是 一种 有效 的方 法 。
ＭＣ ＮＰ 是 应 用 最 多 并 得 到 广 泛 验 证 的 经 典 蒙 特 卡 罗
利 用 轫 致 辐射 谱 回推超 热 电子温 度
赵 宗清 ， 闫永宏 ， 何 晟 ， 韩 丹 ， 滕 建 ， 曹磊峰 ， 谷渝秋 ， 张保汉
（ １ ．中 国工 程 物 理 研 究 院 激 光 聚 变 研 究 中 心 ，等 离 子 体 物 理 重 点 实 验 室 ，四川 绵 阳 ６ ２ １ ９ ０ ０
双指数拟合得到的曲线与模拟的轫致辐射谱高能段斜率与超热电子温度的关系比较吻合即轫致辐射谱高能段斜率k与电子温度th的关系为k2868exp第25卷fig5slopesofhighenergypartofbremsstrahlungspectrainnormaldirectionontargetback靶后法向点探测器轫致辐射谱高能段斜率fig6fitofrelationbetweenslopeofhighenergypartofbremsstrahlungspectrumandelectrontemperature这种利用轫致辐射谱高能段斜率对超热电子温度定标的方法可能具有比较好的通用性
２ ．北 京 大 学 物 理 学 院 ，北京 １ ０ ０ ８ ７ １ ）
摘
要 ： 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 Ｍｅ Ｖ 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 ３ ０ ｐ ｔ 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