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热稠密物质中的电荷传输过程:激光加速离子束的选择性谱筛选

发布时间: 2018-06-20 16:16:24   作者:本站编辑   来源: PRL   浏览次数:

 

 

离子经过固体,冷材料后将达到平衡态,射程电荷态是速度的函数。而离子在电离热稠密物质中的能量损失仍是一个未解决的基本问题。因为离子在物质中能量损失近似正比于电荷态的平方,电离态的估值对核聚变过程,离子加热,激光诱导核聚变的研究等至关重要。此外散射截面和动力学过程均与高温热稠密物质的基础天体物理问题相关。离子电荷传输过程和热物质能量损失的研究均具有重要应用价值,如医学应用的脉冲离子源等。当前开展了大量实验研究离子束与激光电离物质的相互作用。激光加速离子束源可实现紧凑型实验设计:可产生高能,高粒子数目,短脉冲持续时间和低能散度等。

      在相对论激光等离子体加速方案中,如靶后壳层加速或辐射压加速机制,离子能散度覆盖了从0.1100MeV,并具有多种电荷态。加速的离子束伴随着极紫外辐射,透射激光。研究人员采用了超薄的双层靶设计,靶间距为500微米。钛宝石激光系统的脉宽35fs,双等离子体镜技术将对比度提高至1014,如图所示。

1激光与双层靶实验示意图

本研究从理论和实验两个角度研究了双层靶结构设计下,激光加速的离子能谱分布是如何被电荷交换过程筛选的。多种电荷态的碳离子,初始能谱范围从0.118MeV,在经过超薄和部分电离的薄膜后被测量发现具有了窄能谱宽度。理论计算表明该过程是碳离子电荷态在第二层薄膜中演化的结果。

摘译:J. Braenzel etal. Charge-Transfer Processes in Warm Dense Matter: Selective SpectralFiltering for Laser-Accelerated Ion Beams. PHYSICAL REVIEW LETTERS 120, 184801(2018)

 
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