超快激光驱动的电子束与X射线源

发布时间：2017-12-11 18:15

  本文关键词：超快激光驱动的电子束与X射线源

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【摘要】：二十世纪八十年代以来高速发展的超快激光技术给基础科学研究和应用领域带来了前所未有的冲击。这种超快高功率激光器与等离子体相互作用可以产生高品质的粒子源和辐射源,在快点火惯性约束核聚变、各学科基础科学研究、工业技术领域以及社会生活的诸多方面都具有非常巨大的应用潜力,得到了广泛的关注和深入的研究。本论文介绍了作者攻读博士研究生期间在激光驱动产生加速电子束团以及超快X射线辐射方面所开展的研究工作,论文主体分为以下几个部分。第一部分为绪论,作为整篇论文的基础和引入,这一部分内容主要介绍了超快超强激光与等离子体相互作用的基础,包括其中的一些基本物理机制和现象。然后介绍了激光在低密度等离子体中驱动尾波电子加速的原理和发展现状。最后是超快激光与稠密等离子体相互作用的物理图像以及激光吸收机制。第二部分为超快激光驱动的新型X光源。首先简述了X光源的发展以及概况,然后介绍了超快激光驱动的新型X射线光源的主要研究方向,包括K-alpha辐射源、Betatron辐射以及背向汤姆逊散射源。从经典的同步辐射模型导出了Betatron辐射以及背向汤姆逊散射两种光源的特征参数,并使用相同激光条件对两种源的性能进行了直观的对比。提出了一种增强背向汤姆逊散射辐射的新方法,并开展了相应的电子加速和辐射产生实验,获得了高通量的高能辐射,初步验证了该新方法的可行性。第三部分为高重复频率激光与固体靶相互作用产生K-alpha硬X射线与应用的研究。利用一台商业级千赫兹激光器,获得了具有高空间分辨率、高平均流强的硬X射线源,辐射平均流强在同类报导中是最高的。利用所获得的光源开展了高品质的生物样品成像演示实验。第四部分为亚皮秒激光器与固体靶作用产生沿靶表面定向出射的电子束研究。利用德国GSI的PHELIX亚皮秒激光装置开展了固体靶电子加速实验,获得了准直的沿靶表面出射的大电量电子束,该研究成果对于空心锥形靶快点火核聚变具有重要意义。第五部分介绍了中国科学院物理研究所光物理实验室超快X射线综合应用平台的建设。基于一台千赫兹重复频率的钛宝石飞秒激光器,建成了一套可以开展超快时间分辨X射线衍射、高分辨率成像以及超快X射线谱学研究的综合应用平台,该平台目前已经具备了开展相关应用实验的条件。最后对论文整体做了总结,并对相关研究领域的发展和对后续工作的开展方向进行了展望。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN249;O434.1

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本文编号：1279445