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深度解读

热稠密铝中相对论电子束能量损失的增强

星之球激光 来源:中国科学院2015-07-07 我要评论(0 )   

  惯性约束聚变中电子束驱动快点火的电子源产生于超强激光与稠密靶的相互作用,强度约为1020~1021Wcm-2,能量约为100kJ,脉宽1

   惯性约束聚变中电子束驱动快点火的电子源产生于超强激光与稠密靶的相互作用,强度约为1020~1021Wcm-2,能量约为100kJ,脉宽10ps的激光脉冲与锥靶作用,驱动氘氚聚变,所需沉积能量约为20kJ。而电流强度超过1011Acm-2的相对论电子束在锥顶热稠密等离子体中的传输过程亟待研究。

图1Sn-Kα产额,Sn-Kα/Ag-Kα产额比值与面密度关系图
  在冷靶中的碰撞能量损失率主要取决于电流强度及材料电阻等,最近在实验上也得到了证实。本文首次测量了强度近2×1011Acm-2电流在热稠密物质的能量损失,与冷靶及热压缩铝靶进行对比。实验在利弗莫尔JLF-Titan装置上进行,相对论电子束的散度与靶厚度的关系由球面成像弯晶及KB镜测量,电子束散度约为19o,快电子的能量损失由Kα产额测量。如图1(a)所示为Sn-Kα产额与面密度间关系,图1(b)为Sn-Kα产额与Ag-Kα产额的比值。在热稠密样品中,比值随面密度增长而迅速下降,与厚靶间显示出明显的差别。该特征是热稠密样品非碰撞式能量损失的主要标志。
  如图2(a)所示为热稠密和冷固体两种样品能量损失随面密度变化的模拟图,尽管两者的碰撞损耗相似,但热稠密样品的电阻式损耗明显高于冷靶。图2(b)为冷靶和热压缩铝靶的电阻对比,可见在电子束传输前电阻率接近6.2,高于电阻截止散射截面(1.2)和电阻截止本领(2.1)所计算结果。该矛盾主要源自电子能量沉积对热样品和冷靶电阻影响的时间演化。
  在较低的相对论电流密度中,能量损失主要来自于背景材料的直接碰撞。而本文数据显示在更高的相对论电流密度下,冲击诱导加热的电子间碰撞,对电阻的影响,将是能量沉积的主要因素。

图2热稠密和冷固体随面密度变化的模拟图

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激光稠密靶电子束
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