激光场中粒子碰撞的经典轨道动力学研究
发布时间：2021-08-22 01:38
自α粒子散射实验成功地揭示了“原子核式结构”以来,粒子碰撞逐渐成为人类认识与探索物质运动规律、相互作用以及它们的内部结构的重要思想与主要途径之一。在原子分子物理学中,人们主要是通过粒子碰撞进而研究原子分子的电离以及激发等的性质;在凝聚态物理学中则主要是利用电子衍射,中子衍射以及X射线晶体衍射等手段来获取晶体等的内部状态;而在高能物理领域,粒子碰撞也是人们用来探索与发现基本粒子组成的重要工具。近年来随着激光技术的飞速发展,特别是从上世纪八十年代的啁啾脉冲放大技术的产生与发展使得激光场所对应的电场可以轻易地与原子核对电子的库仑作用相比拟,如此强的激光场将会对粒子碰撞产生巨大的影响。一方面激光场的存在将影响电子或其他粒子与原子碰撞电离的散射截面;另一方面在激光与原子分子等的相互作用中,激光场驱动电子再碰撞过程产生的高次谐波等现象促进了阿秒科学等的快速发展。此外,激光辅助的核反应过程也是当前研究的主要热点问题。随着实验技术上的不断推陈致新,越来越多的新奇的物理现象需要理论研究来解释与描述。然而以量子力学为基础的理论方法在涉及多个粒子相互作用的多体计算中寸步难行,从牛顿力学规律出发的经典轨道蒙特...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：100 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１中子在晶体中发生Ｂｒａｇｇ散射的示意图，可将样品放置在中子束中，并记录中子被样品??
?第１章绪论???验研究固体的Ｆｅｒｍｉ面［５８］以及利用正电子发射断层技术（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ?Ｅｍｉｓｓｉｏｎ?Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，??ＰＥＴ如图１．２所示）扫描生物身体某些部位的化学活性来识别疾病等等％６Ｕ１。另一方??面，由于所带电性不同，正电子和粒子的碰撞与电子的碰撞情况存在显著差异。当??一个热化的正电子和原子中的电子碰撞时有可能会在发生湮灭之前暂时的形成一个??类氢的准束缚系统被称为电子偶素（Ｐｏｓｉｔｒｏｎｉｕｍ），系统中的电子与正电子的轨道和能??级与氢原子的相似。这种体系最终会湮灭成光子辐射出去，其寿命约为ｌ〇＿７ｓ量级。??１９３４年，Ｍｏｈｏｒｏｖｉｃｉｃ在理论上预言了电子偶素的存在，在１９５１年Ｍｏｈｏｒｏｖｉｃｉｃ的理论预??言被Ｄｅｕｔｓｃｈ在实验上证实［６１］。对正电子以及电子偶素的研究为反氢原子的生成奠定了??理论基础，也是正电子ｙ射线激光器的研宄基矗??（ｉ）?Ｒａｄｉｏｎｕｃｌｉｄｅ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ａ?ｆ?ｚ?＼?＾??Ｉ?，，丨作??（ｉｉ）?Ｒａｄｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ?［＾ＦＩＦＤＧ??／－．?（Ｑ??（ｉｖ）?Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?（ｖ）?Ｉｍａｇｅ?ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ??图１．２?ＰＥＴ成像示意图Ｉ％。利用粒子碰撞产生放射性核素，将产生的放射性核素掺入生物活??性分子或药物化合物中后注射给生物体，使其扩散到身体组织；从放射性标记的化合物中发出??的正电子在组织中传播很短的距离后遇到电子发生湮灭转换为两个高能的ｙ光子，再由环形检??测器复合测量发射的ｙ光子并由计算机技术重构三维图像来追踪放射性标记化合物在人体组织??中的分布进而形成图像。??１
来的。１９５３年，从事雷??达研宄工作的Ｔｏｗｎｅｓ基于受激辐射原理利用微波谐振腔建造成了第一台微波激射??器（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｂｙ?ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｏｆ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ’?Ｍａｓｅｒ）来用于放大雷达微??波［６４１。很快Ｓｃｈａｗｌｏｗ与Ｔｏｗｎｅｓ等人就提出或许可以将微波激射器产生的机制应用到可??见光频率范围Ｌ６５］。到了?１９６０年，Ｍａｉｍａｎ成功研制出了第一台红宝石激光器［６６］，从此??激光与人们的生活息息相关。图１．３中，我们显示了Ｍａｉｍａｎ红宝石激光器的工作原理简??图。激光发展为物理学家创造了一种易于控制的相干光源，并随后引起了描述光与原??子相互作用的科学热潮。??氙闪光灯?Ｆ产絲??ｊ?＼无辐射跃迁（１０－＊ｓ）??红宝；Ｓｉ：１?ｌ?稳态，）??触发电极一?：ｍ??聚光反射器?１基态??图１．３?Ｍａｉｍａｎ红宝石激光器原理图，在氙灯的照射下，红宝石晶体中处于基态＆的粒子，吸??收光子而被激发到＆能级。粒子在￡３能级的平均寿命很短（约ＨＴ８ｓ）。大部分粒子会通过“无??辐射跃迁”跃迁到能级￡２。而粒子在＆能级的寿命可达ｌ（Ｔ３ｓ。所以在￡２能级累积了大量粒子，??形成￡２和＆间的粒子数反转，此时晶体对频率ｖ满足加＝五２?－?Ａ的成分就被放大。??在激光技术发明的初期，激光的峰值功率密度大约在ＧＷ／ｃｍ２量级，以至于可以使??用一阶微扰理论来充分描述激光与原子靶的相互作用。人们一直努力提高激光的光强??使得其成为理想的实验与应用光源。早期提高激光器输出功率的方式主要有两种调Ｑ技??术和锁模技术。在激光原理中，通常用２?＝?２７ｎ
本文编号：3356738
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：100 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１中子在晶体中发生Ｂｒａｇｇ散射的示意图，可将样品放置在中子束中，并记录中子被样品??
?第１章绪论???验研究固体的Ｆｅｒｍｉ面［５８］以及利用正电子发射断层技术（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ?Ｅｍｉｓｓｉｏｎ?Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，??ＰＥＴ如图１．２所示）扫描生物身体某些部位的化学活性来识别疾病等等％６Ｕ１。另一方??面，由于所带电性不同，正电子和粒子的碰撞与电子的碰撞情况存在显著差异。当??一个热化的正电子和原子中的电子碰撞时有可能会在发生湮灭之前暂时的形成一个??类氢的准束缚系统被称为电子偶素（Ｐｏｓｉｔｒｏｎｉｕｍ），系统中的电子与正电子的轨道和能??级与氢原子的相似。这种体系最终会湮灭成光子辐射出去，其寿命约为ｌ〇＿７ｓ量级。??１９３４年，Ｍｏｈｏｒｏｖｉｃｉｃ在理论上预言了电子偶素的存在，在１９５１年Ｍｏｈｏｒｏｖｉｃｉｃ的理论预??言被Ｄｅｕｔｓｃｈ在实验上证实［６１］。对正电子以及电子偶素的研究为反氢原子的生成奠定了??理论基础，也是正电子ｙ射线激光器的研宄基矗??（ｉ）?Ｒａｄｉｏｎｕｃｌｉｄｅ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ａ?ｆ?ｚ?＼?＾??Ｉ?，，丨作??（ｉｉ）?Ｒａｄｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ?［＾ＦＩＦＤＧ??／－．?（Ｑ??（ｉｖ）?Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?（ｖ）?Ｉｍａｇｅ?ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ??图１．２?ＰＥＴ成像示意图Ｉ％。利用粒子碰撞产生放射性核素，将产生的放射性核素掺入生物活??性分子或药物化合物中后注射给生物体，使其扩散到身体组织；从放射性标记的化合物中发出??的正电子在组织中传播很短的距离后遇到电子发生湮灭转换为两个高能的ｙ光子，再由环形检??测器复合测量发射的ｙ光子并由计算机技术重构三维图像来追踪放射性标记化合物在人体组织??中的分布进而形成图像。??１
来的。１９５３年，从事雷??达研宄工作的Ｔｏｗｎｅｓ基于受激辐射原理利用微波谐振腔建造成了第一台微波激射??器（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｂｙ?ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｏｆ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ’?Ｍａｓｅｒ）来用于放大雷达微??波［６４１。很快Ｓｃｈａｗｌｏｗ与Ｔｏｗｎｅｓ等人就提出或许可以将微波激射器产生的机制应用到可??见光频率范围Ｌ６５］。到了?１９６０年，Ｍａｉｍａｎ成功研制出了第一台红宝石激光器［６６］，从此??激光与人们的生活息息相关。图１．３中，我们显示了Ｍａｉｍａｎ红宝石激光器的工作原理简??图。激光发展为物理学家创造了一种易于控制的相干光源，并随后引起了描述光与原??子相互作用的科学热潮。??氙闪光灯?Ｆ产絲??ｊ?＼无辐射跃迁（１０－＊ｓ）??红宝；Ｓｉ：１?ｌ?稳态，）??触发电极一?：ｍ??聚光反射器?１基态??图１．３?Ｍａｉｍａｎ红宝石激光器原理图，在氙灯的照射下，红宝石晶体中处于基态＆的粒子，吸??收光子而被激发到＆能级。粒子在￡３能级的平均寿命很短（约ＨＴ８ｓ）。大部分粒子会通过“无??辐射跃迁”跃迁到能级￡２。而粒子在＆能级的寿命可达ｌ（Ｔ３ｓ。所以在￡２能级累积了大量粒子，??形成￡２和＆间的粒子数反转，此时晶体对频率ｖ满足加＝五２?－?Ａ的成分就被放大。??在激光技术发明的初期，激光的峰值功率密度大约在ＧＷ／ｃｍ２量级，以至于可以使??用一阶微扰理论来充分描述激光与原子靶的相互作用。人们一直努力提高激光的光强??使得其成为理想的实验与应用光源。早期提高激光器输出功率的方式主要有两种调Ｑ技??术和锁模技术。在激光原理中，通常用２?＝?２７ｎ
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