强激光打靶产生热电子及其诱导电磁辐射机制研究
发布时间：2021-10-09 13:38
通过激光惯性约束聚变（Inertial Confinement Fusion,ICF）所生产的核聚变能具有清洁、高效和可控等优点,已成为国际核物理重要的前沿研究领域之一。根据劳森判据,成功实现核聚变反应需要强激光烧蚀和压缩靶丸,但这个过程会产生大量的热电子,并由此诱导强电磁脉冲的辐射。这些电磁辐射能量大、频带宽,不仅会干扰打靶过程中的物理实验,甚至还将导致精密诊断设备的损坏。因此,揭示影响强激光与靶耦合产生电磁辐射特性的关键因素,探讨其产生机制具有重要的理论研究意义与应用价值。本文结合实验测量与模拟计算分析,围绕强激光打靶产生的热电子及其诱导的电磁脉冲进行全面分析,建立了出射热电子的数量、能量、分布和电磁脉冲的强度、方向、变化规律的关系,并建立相关模型深入探讨了电磁脉冲产生的机制。具体研究内容和重要结论如下:（1）研究和分析了由飞秒激光辐照铝靶后所产生的电磁脉冲特性,结果表明:在主激光前施加一束预烧蚀激光可增强靶室和诊断腔内电磁脉冲的辐射强度和频带宽度。当烧蚀激光提前100ps入射到靶体上时,可获得最强的电磁脉冲信号,仿真结果也表明预烧蚀激光对逃逸热电子能量和数量的增强效应,我们结合“...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光强度和相关物理研究随时间变化的发展史[1]
第一章绪论3(a)(b)图1-2“中心点火”方案[13]。(a)直接驱动；(b)间接驱动由此发展起来的具有代表性的长脉冲（纳秒即10-9秒量级）、高能量（千焦耳量级）激光器有美国劳伦斯·利弗莫尔实验室（LawrenceLivermoreNationalLaboratory,LLNL）的国家点火装置（NationalIgnitionFacility,NIF）。它共有192束激光，能实现高达500TW的功率，18MJ的能量，1-21ns的紫外激光输出，实验诊断系统由100台诊断设备组成，是迄今世界上能量输出最大的激光装置[14]。此外，还有法国原子能协会（CEA）建造的兆焦耳激光器（LaserMegaJoule,LMJ），其输出能量达到2MJ；美国罗切斯特大学的OmegaUpgrade激光装置[15]；我国中物院的星光系列和神光系列激光装置[16]以及日本大阪大学的GEKKOⅦ激光装置等。图1-3“快点火”中的打洞点火和锥靶点火方式[17]但是“中心点火”对激光器能量的要求较高，并且内爆压缩过程中会出现流体的不稳定性。为了降低上述方案的缺点，Tabak等人于1994年提出了另一方案：“快点火”聚变方案[5,18]，如图1-3所示。按照它的物理实现过程，可以分成三个阶段，第一阶段，靶丸由传统的间接驱动惯性聚变方法实现压缩，形成极高密度的燃料结构。第二阶段，在有质动力的作用下强激光在燃料的某个方向打孔，产生冕区通道，电子通过激光驱动加速形成超热电子。第三阶段，由强激光与等离子体相互作用产
第一章绪论3(a)(b)图1-2“中心点火”方案[13]。(a)直接驱动；(b)间接驱动由此发展起来的具有代表性的长脉冲（纳秒即10-9秒量级）、高能量（千焦耳量级）激光器有美国劳伦斯·利弗莫尔实验室（LawrenceLivermoreNationalLaboratory,LLNL）的国家点火装置（NationalIgnitionFacility,NIF）。它共有192束激光，能实现高达500TW的功率，18MJ的能量，1-21ns的紫外激光输出，实验诊断系统由100台诊断设备组成，是迄今世界上能量输出最大的激光装置[14]。此外，还有法国原子能协会（CEA）建造的兆焦耳激光器（LaserMegaJoule,LMJ），其输出能量达到2MJ；美国罗切斯特大学的OmegaUpgrade激光装置[15]；我国中物院的星光系列和神光系列激光装置[16]以及日本大阪大学的GEKKOⅦ激光装置等。图1-3“快点火”中的打洞点火和锥靶点火方式[17]但是“中心点火”对激光器能量的要求较高，并且内爆压缩过程中会出现流体的不稳定性。为了降低上述方案的缺点，Tabak等人于1994年提出了另一方案：“快点火”聚变方案[5,18]，如图1-3所示。按照它的物理实现过程，可以分成三个阶段，第一阶段，靶丸由传统的间接驱动惯性聚变方法实现压缩，形成极高密度的燃料结构。第二阶段，在有质动力的作用下强激光在燃料的某个方向打孔，产生冕区通道，电子通过激光驱动加速形成超热电子。第三阶段，由强激光与等离子体相互作用产
【参考文献】：
期刊论文
[1]相对论强激光与近临界密度等离子体相互作用的质子成像[J]. 李曜均,岳东宁,邓彦卿,赵旭,魏文青,葛绪雷,远晓辉,刘峰,陈黎明. 物理学报. 2019(15)
[2]EMP control and characterization on high-power laser systems[J]. P.Bradford,N.C.Woolsey,G.G.Scott,G.Liao,H.Liu,Y.Zhang,B.Zhu,C.Armstrong,S.Astbury,C.Brenner,P.Brummitt,F.Consoli,I.East,R.Gray,D.Haddock,P.Huggard,P.J.R.Jones,E.Montgomery,I.Musgrave,P.Oliveira,D.R.Rusby,C.Spindloe,B.Summers,E.Zemaityte,Z.Zhang,Y.Li,P.McKenna,D.Neely. High Power Laser Science and Engineering. 2018(02)
[3]Characterization of electromagnetic pulses via arrays on ShenGuang-III laser facility laser[J]. 杨鸣,李廷帅,王传珂,杨进文,杨为明,易涛,刘慎业,江少恩,丁永坤. Chinese Optics Letters. 2016(10)
[4]强激光靶耦合产生电磁脉冲信号处理方法研究[J]. 李廷帅,杨进文,刘西云,杨鸣,易涛,王传珂,王锐,高占忠,刘慎业,丁永坤,江少恩. 电子科技大学学报. 2016(05)
[5]基于圆柱形谐振腔的微波点火方法[J]. 张贵新,侯凌云,刘永喜,黄健,王志,马蕊. 高电压技术. 2016(06)
[6]Geometric optics interpretation for rainbow scattering of a chiral sphere[J]. 吴振森,尚庆超,屈檀,李正军,白璐. Chinese Optics Letters. 2015(12)
[7]激光打靶过程中的电磁脉冲特性[J]. 杨进文,易涛,李廷帅,王传珂,王锐,高占忠,刘慎业,丁永坤,江少恩. 强激光与粒子束. 2015(10)
[8]神光系列装置激光聚变实验与诊断技术研究进展[J]. 江少恩,丁永坤,刘慎业,张保汉,郑志坚,杨家敏,缪文勇,黄天晅,张继彦,李三伟,曹磊峰. 物理. 2010(08)
[9]测量气体折射率的高Q微波谐振腔设计[J]. 张瑜. 微波学报. 2008(03)
本文编号：3426493
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光强度和相关物理研究随时间变化的发展史[1]
第一章绪论3(a)(b)图1-2“中心点火”方案[13]。(a)直接驱动；(b)间接驱动由此发展起来的具有代表性的长脉冲（纳秒即10-9秒量级）、高能量（千焦耳量级）激光器有美国劳伦斯·利弗莫尔实验室（LawrenceLivermoreNationalLaboratory,LLNL）的国家点火装置（NationalIgnitionFacility,NIF）。它共有192束激光，能实现高达500TW的功率，18MJ的能量，1-21ns的紫外激光输出，实验诊断系统由100台诊断设备组成，是迄今世界上能量输出最大的激光装置[14]。此外，还有法国原子能协会（CEA）建造的兆焦耳激光器（LaserMegaJoule,LMJ），其输出能量达到2MJ；美国罗切斯特大学的OmegaUpgrade激光装置[15]；我国中物院的星光系列和神光系列激光装置[16]以及日本大阪大学的GEKKOⅦ激光装置等。图1-3“快点火”中的打洞点火和锥靶点火方式[17]但是“中心点火”对激光器能量的要求较高，并且内爆压缩过程中会出现流体的不稳定性。为了降低上述方案的缺点，Tabak等人于1994年提出了另一方案：“快点火”聚变方案[5,18]，如图1-3所示。按照它的物理实现过程，可以分成三个阶段，第一阶段，靶丸由传统的间接驱动惯性聚变方法实现压缩，形成极高密度的燃料结构。第二阶段，在有质动力的作用下强激光在燃料的某个方向打孔，产生冕区通道，电子通过激光驱动加速形成超热电子。第三阶段，由强激光与等离子体相互作用产
第一章绪论3(a)(b)图1-2“中心点火”方案[13]。(a)直接驱动；(b)间接驱动由此发展起来的具有代表性的长脉冲（纳秒即10-9秒量级）、高能量（千焦耳量级）激光器有美国劳伦斯·利弗莫尔实验室（LawrenceLivermoreNationalLaboratory,LLNL）的国家点火装置（NationalIgnitionFacility,NIF）。它共有192束激光，能实现高达500TW的功率，18MJ的能量，1-21ns的紫外激光输出，实验诊断系统由100台诊断设备组成，是迄今世界上能量输出最大的激光装置[14]。此外，还有法国原子能协会（CEA）建造的兆焦耳激光器（LaserMegaJoule,LMJ），其输出能量达到2MJ；美国罗切斯特大学的OmegaUpgrade激光装置[15]；我国中物院的星光系列和神光系列激光装置[16]以及日本大阪大学的GEKKOⅦ激光装置等。图1-3“快点火”中的打洞点火和锥靶点火方式[17]但是“中心点火”对激光器能量的要求较高，并且内爆压缩过程中会出现流体的不稳定性。为了降低上述方案的缺点，Tabak等人于1994年提出了另一方案：“快点火”聚变方案[5,18]，如图1-3所示。按照它的物理实现过程，可以分成三个阶段，第一阶段，靶丸由传统的间接驱动惯性聚变方法实现压缩，形成极高密度的燃料结构。第二阶段，在有质动力的作用下强激光在燃料的某个方向打孔，产生冕区通道，电子通过激光驱动加速形成超热电子。第三阶段，由强激光与等离子体相互作用产
【参考文献】：
期刊论文
[1]相对论强激光与近临界密度等离子体相互作用的质子成像[J]. 李曜均,岳东宁,邓彦卿,赵旭,魏文青,葛绪雷,远晓辉,刘峰,陈黎明. 物理学报. 2019(15)
[2]EMP control and characterization on high-power laser systems[J]. P.Bradford,N.C.Woolsey,G.G.Scott,G.Liao,H.Liu,Y.Zhang,B.Zhu,C.Armstrong,S.Astbury,C.Brenner,P.Brummitt,F.Consoli,I.East,R.Gray,D.Haddock,P.Huggard,P.J.R.Jones,E.Montgomery,I.Musgrave,P.Oliveira,D.R.Rusby,C.Spindloe,B.Summers,E.Zemaityte,Z.Zhang,Y.Li,P.McKenna,D.Neely. High Power Laser Science and Engineering. 2018(02)
[3]Characterization of electromagnetic pulses via arrays on ShenGuang-III laser facility laser[J]. 杨鸣,李廷帅,王传珂,杨进文,杨为明,易涛,刘慎业,江少恩,丁永坤. Chinese Optics Letters. 2016(10)
[4]强激光靶耦合产生电磁脉冲信号处理方法研究[J]. 李廷帅,杨进文,刘西云,杨鸣,易涛,王传珂,王锐,高占忠,刘慎业,丁永坤,江少恩. 电子科技大学学报. 2016(05)
[5]基于圆柱形谐振腔的微波点火方法[J]. 张贵新,侯凌云,刘永喜,黄健,王志,马蕊. 高电压技术. 2016(06)
[6]Geometric optics interpretation for rainbow scattering of a chiral sphere[J]. 吴振森,尚庆超,屈檀,李正军,白璐. Chinese Optics Letters. 2015(12)
[7]激光打靶过程中的电磁脉冲特性[J]. 杨进文,易涛,李廷帅,王传珂,王锐,高占忠,刘慎业,丁永坤,江少恩. 强激光与粒子束. 2015(10)
[8]神光系列装置激光聚变实验与诊断技术研究进展[J]. 江少恩,丁永坤,刘慎业,张保汉,郑志坚,杨家敏,缪文勇,黄天晅,张继彦,李三伟,曹磊峰. 物理. 2010(08)
[9]测量气体折射率的高Q微波谐振腔设计[J]. 张瑜. 微波学报. 2008(03)
本文编号：3426493
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3426493.html
