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多束流中奇点辐射爆发增强

发布时间: 2018-04-20 16:34:49   作者:本站编辑   来源: scientific reports   浏览次数:

 

 

超亮紧凑型超短X光源在许多领域具有重要价值,但其主要基于激光与物质相互作用。近期实验中研究人员发现在低密度相对论激光等离子体实验中的频率梳状的相干软X射线辐射。但这种辐射特征不能被诸如汤姆逊散射,回旋辐射,原子高次谐波等机制解释。其中X射线光子数比汤姆逊散射估算数值高了几个量级。辐射包括光频的谐波,与回旋辐射有所差异。而且圆偏振和线偏振均会产生偶次和奇次谐波。本研究中研究人员提出了一种新的机制:其中辐射来自相对论电子密度奇点,如点状源。

 

1密度峰产生和奇点爆发辐射原理图

多束流发生在多种介质中(如天体物理和实验室等离子体),其中汇聚的束流将导致介质的结构特征剧烈改变,产生如长寿命密度峰状的快速移动奇点。这种存在的普遍性和结构稳定性一般由突变理论解释。多种物质的基本结构均可发射行波,研究人员指出在这样的结构中,高聚集的密度结构将发射相干的行波,即奇点辐射的爆发性放大,如图a所示。这种辐射区域小于辐射波长。即时间和空间上均是相干的。当奇点以相对论速度运动时,辐射将向短波长平移。而值得指出的是奇点中的辐射流是连续通过的。此外,与粒子束进行对比,奇点由多束流决定,且是非局域的。在两种情形下,只有发射自最高密度位置的行波才会相干。

激光等离子体则是研究该效应的一种理想介质,超强激光迅速电离物质后将产生相对论等离子体,其中多束流激发并在横向或纵向郎格缪波处产生奇点。如图b中一束紧聚焦激光脉冲在低密度等离子体中传输时,电子将被推开而形成电子空腔和弓形波(c)。而电子的横向位移(d)则产生不同维度的密度奇点,如图e所示。如图c中密度峰振荡并在速度切线方向发出高频电磁辐射。

本研究首次实验上确定了激光等离子体相互作用中纳米尺度的软X射线源,这建立了新一代紧凑型X射线源,并可用于多种用途。此外,这种辐射机制的分析也使研究人员将其推广至多种行波,如电磁型,引力型等。

田野摘译自: A. S. Pirozhkov et al. Burstintensification by singularity emitting radiation in multi-stream flows.Scientific Reports (2017) 7:17968

 
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