自生磁场内激光驱动电子束增强的数MeV光子发射

作者:亚博APP发布时间:2021-05-25 00:00

本文摘要:极强激光单脉冲的迅速发展趋势产品研发了物理的新的领域,这某种意义体现在基础研究中也体现在工程项目运用于上。运用激光-靶相互影响造成很多数MeV光子的市场前景最近更拥有特别是在的注意,它是因为这类方式有很多潜在性运用于使用价值,在其中还包含电子极造成、试验室天体物理、光子-原子谱学、电磁波辐射放化疗及其射线病理学。 开工建设的许多 激光设备在直接的未来能够超出51022W/cm2的抗压强度。

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极强激光单脉冲的迅速发展趋势产品研发了物理的新的领域,这某种意义体现在基础研究中也体现在工程项目运用于上。运用激光-靶相互影响造成很多数MeV光子的市场前景最近更拥有特别是在的注意,它是因为这类方式有很多潜在性运用于使用价值,在其中还包含电子极造成、试验室天体物理、光子-原子谱学、电磁波辐射放化疗及其射线病理学。  开工建设的许多 激光设备在直接的未来能够超出51022W/cm2的抗压强度。大部分早期的数值模拟强调针对PW级激光系统软件而言在抗压强度高过1023W/cm2时即时升空不大可能搭建非常可观激光动能向较高能光子的更改。

特别是在地假如要搭建百分之十总动能转换率并使电磁波辐射反作用力效用看起来明显激光抗压强度或是激光输出功率要有一个量级的提高。  文中运用3D和三维颗粒模拟软件科学研究了抗压强度为51022W/cm2PW级激光单脉冲电磁波辐射液体密度小块溅射靶材时升空的光子。第一步检测了液體薄溅射靶材在被一个激光单脉冲电磁波辐射时的展示出,激光主要参数和texasPW设备类似。

用以51022W/cm2PW级激光单脉冲对几类各有不同相对密度的溅射靶材下进行了3D的PIC模拟仿真。从总体上,用以了一个光波长1米、线偏振(电场方向在模拟仿真平面图内)的高斯型单脉冲。脉长100fs。

与51022W/cm2较为不可的最高值归一化震幅是a0190。靶原始原做为基本上弱电解质的分布均匀碳等离子技术,电子相对密度在ne4.5nc到ne110nc中间,这本质上相匹配了泡沫塑料和塑胶靶。nc=1.1102一厘米-3是临界值相对密度。

模拟仿真小盒子的尺寸是1010nm,每一个小盒子里有20到50个电子及其10到20个正离子。  如图所示1下图,针对密度高的靶,激光穿出溅射靶材仅仅因为稳定的烧孔效用,而在密度低状况下,激光单脉冲根据量子论诱发透明色穿越重生溅射靶材。相对密度扫瞄说明数MeV光子产额伴随着量子论透明色的经常会出现而上升。  图1.3D模拟仿真下各种各样相对密度下激光能量转化变成1、10、20MeV光子的高效率(版块(b))。

版块(a)和(c)展览了ne=10nc,時间为300fs及其ne=50nc,時间为250fs时相对密度和静电场的快照更新,动能高达10MeV的光子升空用鲜红色圈答复。这二种模拟仿真中电磁波辐射动能的時间成绩依照升空电子的横着角动量((d)和((f))及其相对性于激光详细散播轴交角((e)和(g))的涵数所列。  图2.(a)3D地下通道模拟仿真中300fs时磁场Bz及其电子相对密度的快照更新。(b)样版电子运动轨迹(灰黑色),升空高达2MeV(黑圈),升空高达30MeV(白圈)的动能。

情况的色调答复了单独小盒子中升空的动能高达30MeV光子的数量。  殊不知,这种优势的得到 是以光子束的专一性为成本的。

散播在量子论透明色区的激光束不是平稳的。当激光单脉冲背驰轴径(闻图1(a))时被单脉冲加速的较高能电子也不会再次出现背驰。因为这种电子关键顺着她们角动量的方位升空光子,光子束的专一性看起来不确定。

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  磁场(图2(a))快照更新的比照表明了电子电流量造成的强磁场的不会有,在地下通道边沿清楚可见。地下通道内电子可造成的仅次磁场能够可能为:  假定电子相对密度ne大致为地下通道电子相对密度而且R为地下通道半经。这一关系式另外假定全部的电子都以量子论速率前向挪动,实际上,一些电子相对性于地下通道中心线以一定的视角挪动。

尽管公式计算(2)最终过高估计了电子电流量及其适度的磁场,但获得了一个量级估计,B=0.3B0,这与~0.2B0的模拟仿真观测值十分。在其中B02106T,为无线电波的磁场。因而我们可以得到 2个结果。第一,可能强调慢变的磁场是由地下通道内的电子团造成的。

更为最重要的是等离子技术能够维持一个与激光单脉冲十分的磁场。  强悍的可以磁场在一定水平上降低了沿地下通道挪动电子所想遭受的磁场。最重要的是由这一磁场造成的力没像在激光在工作中那般被静电场赔偿掉。

在a0=190时,电子回应时间相对论调整的結果正离子的响应速度十分,因而防碍了强竖向类电场的造成。对典型性的可以磁场B~0.2B0,能够得到 24103与模拟仿真中观察到的結果符合。

这就确认了地下通道内加强的gamma放射线升空必需与强悍的可以磁场相关。  总的来说,科学研究寻找既是是在之上激光抗压强度下到一定相对密度地区内光线的数MeV的光子束能够高效率的造成。再作这一地区内,在等离子技术内驱动器了准静态数据MT数量级的磁场:量子论透明色,必需激光加速及其即时升空。

与过去参考文献中的相对密度地区各有不同,等离子技术相对密度必不可少明显的高过量子论临界值相对密度。激光单脉冲延迟时间和等离子技术相对密度必不可少随意选择有效令其强磁场地区充裕的长必须使前向健身运动的电子顺着地下通道数次引擎声。

针对PW等级的激光单脉冲,事先设计方案的溅射靶材构造在与激光相互影响时內部的地下通道变为量子论透明色,这一地下通道能够操控光子束的专一性而且造成数十TW定项的MeV光子。电磁波辐射光子的特点不容易使一些在电子光学、医药学放化疗、放射性核素造成及其核物理层面的奇特运用于的发展趋势沦落有可能。  摘译自:D.J.Stark,EnhancedMulti-MeVPhotonEmissionbyaLaser-DrivenElectronBeaminaSelf-GeneratedMagneticField.Physicalreviewletters,2016,116:185003.。


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