《激光质子加速研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光质子加速研究（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、分类号Q 13 1 ：! ! ；坠i U DC 学号 Q 鱼Q 2 Q Q 2 2 希级尘五 理学硕士学位论文 激光质子加速研究 硕士生姓名秦孝尊 学科专业物理学 研究方向等离子体物理 指导教师田成林副教授 洪伟副研究员 国防科学技术大学研究生院 二oO A 年十二月 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 摘要 超短超强激光脉冲与固体靶相互作用可以产生几个到几十个M e V 高能质子 束，具有良好的定向性、很窄的脉宽和比较好的方向性等特点，在粒子加速、质 子成像、“快点火 和治疗癌症等方面具有极为广泛的应用前景。因此，为了解 超短超强激光等离子体相互作用中产生的高能质子的特性，并为未来可能的应
2、用 作预研，本论文开展了对超短超强激光质子加速的研究，重点研究了靶背法线方 向发射质子束的最大截止能量和质子产额，并对质子成像进行了初步实验研究。 本文首先从惯性约束聚变入手，简单介绍了“快点火 物理和强场物理，以 及超短超强激光等离子体相互作用中质子束发射的研究现状和进展。在理论基础 部分，就超短超强激光等离子体相互作用过程，以及质子加速机制作了较为详细 的阐述。论文的重点是对质子加速和质子成像实验研究及结果分析。 实验是在中国工程物理研究院聚变研究中心的S I L E X I 超短脉冲激光装置上 进行的。通过对实验所得C R 3 9 上质子径迹抛物线进行测量得到了准指数分布的质 子能谱；根
3、据激光质子加速理论计算了实验条件下产生质子束的最大截止能量， 结果显示质子主要是来源于靶背法向鞘层加速机制，同时利用m u l t i 2 0 0 5 程序计算 了激光器信噪比对靶背鞘层电场的影响，计算表明：在实验条件下，当激光器信 噪比达到1 0 8 ：l 时，预脉冲对鞘层电场( 5 r t m 铜靶) 的影响基本可以忽略；根据 辐射变色膜片吸收剂量与光密度变化的关系计算得到质子产额约1 0 1 0 量级，这与 由C R 3 9 得到的结果是相符的，计算还表明在激光质子加速实验中采用镀C H 靶可以 显著提高质子产额。 在质子成像实验中，对金属网格和空心聚苯乙烯小球进行静态成像，分析实 验结
4、果，由点投影成像模型得到等效质子源约在靶背表面前2 5 0 1 0 0 9 m ，在像的 边界区域看到了明显的质子数量跃变；初步对等离子体进行了动态成像，实验结 果尚需迸一步处理。 主题词：超短超强激光等离子体质子能谱截止能量质子成像 第i 页 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 A B S T P A C T D u r i n gt h ei n t e r a c t i o no fu l t r a - s h o r ta n du l t r a i n t e n s ep u l s el a s e r 谢t hs o l i dt a r g e t ， p r o t
5、 o nb e a m sw i t l le n e r g i e so fs e v e r a lM e Vp e rn u c l e o nw i l le m i ti nas m a l lc o n ea n g l e i nt h ed i r e c t i o no ft a r g e tn o r m a l S u c hp r o t o nb e a m se x h i b i tu n p r e c e d e n t e dc h a r a c t e r i s t i - g S ：s h o r tp u l s el e n g t h s
6、 ，s m a l ls o u r c es i z ea n dl o wt r a n s v e r s ee m i t t a n c e ，w h i c hc a nb e a p p l i e dw i d e l yi ni o na c c e l e r a t i o n ，p r o t o ni m a g i n g , f a s ti g n i t i o n , c a n c e rt h e r a p ya n dS O o n I no r d e rt or e a l i z et h ec h a r a c t e r i s t i
7、c so fp r o t o n se m i t t i n gi nt h ei n t e r a c t i o no f u l t r a - s h o r ta n du l t r a - i n t e n s ep u l s el a s e rw i t l l p l a s m a , t h i st h e s i sm a i n l ys t u d i e s l a s e r - p r o t o na c c e l e r a t i o n ，e m p h a s i z i n go nt h ec u t - o f fe n e r
8、 g ya n dy i e l do fp r o t o nb e a m s a tt h er e a rs i d eo ft a r g e t ，a n di n t r o d u c e sp r e l i m i n a r yr e s e a r c ho fp r o t o ni m a g i n g T h et h e s i sb e g a nw i t hs i m p l yi n t r o d u c t i o no ft h e “f a s ti g n i t i o n a n dh i g hf i e l d p h y s i c
9、 s ，a n dt h er e s e a r c hd e v e l o p m e n to ft h ep r o t o n sp r o d u c e di nt h ei n t e r a c t i o no f u l t r a - s h o r ta n du l t r a - i n t e n s ep u l s el a s e r 、柝mp l a s m a A n dt h e nw ee x p a t i a t ei nd e t a i lt h e t h e o r yo ft h ep r o c e s so ft h ei n
10、t e r a c t i o no fu l t r a - s h o r ta n du l t r a - i n t e n s i t yl a s e rw i t h p l a s m aa n dt h ea c c e l e r a t i o nm e c h a n i s m so fp r o t o n s A tl a s ta n dm o s ti m p o r t a n t l y ，w e i n t r o d u c et h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho fl a s e r - p r
11、o t o na c c e l e r a t i o na n dp r o t o ni m a g i n g T h ee x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u ta tt h eu l t r a - s h o r ta n du l t r a - i n t e n s el a s e rf a c i l i t y S I L E X Ii nt h eC h i n aA c a d e m yo fE n g i n e e r i n gP h y s i c s W eg e tt h ee x p o n e n
12、 t i a l e n e r g ys p e c t r u mb ym e a s u r i n gt h ep a r a b o l ao fp r o t o nt r a c ko nC R 3 9 A c c o r d i n gt ot h e t h e o r yo fl a s e r p r o t o na c c e l e r a t i o n , t h ec u t o f fe n e r g yo fp r o t o nb e a m si se s t i m a t e d T h e e s t i m a t i o na c c o
13、r d i n gt ot h er e a rs i d em e c h a n i s ma g r e e sw e l lw i t he x p e r i m e n t a ld a t a B e s i d e st h ei n f l u e n c eo fp r e p u l s et ot h ea c c e l e r a t i n gf i e l di se s t i m a t e db yM u l t i 2 0 0 5 c o d ea n di tc a nb en e g l e c t e dw h e nS i g n a l t o
14、 N o i s ei sb e t t e rt h a n10 8 ：li no u r e x p e r i m e n t W ec a l c u l a t et h ey i e l do fp r o t o n sw i m g i v e ns p e c t r u mb a s i n g o nt h eO D c h a n g eo fR C F A b o u t1 0 p r o t o n s 埘t l le n e r g yg r e a t e rt h a n0 2 M e Vw e r ea c c e l e r a t e di nt h e
15、e x p e r i m e n t T h er e s u l ta g r e e sw e l lw i mt h er e s u l tg a i n e df r o mC R 3 9 A d d i t i o n a l l y i t Sa l s os h o w n t h a tc o p p e rt a r g e tp l a t e dC Hc a ns i g n i f i c a n t l yi n c r e a s et h ey i e l do fp r o t o n ，c o m p a r e d w i t hb a r e l yc
16、 o p p e rt a r g e t I np r o t o ni m a g i n ge x p e r i m e n t , h i g hs p a t i a lr e s o l u t i o na n dh i g hc o n t r a s tp r o t o n r a d i o g r a p h yf o rm e t a lg r i da n dh o l l o wp l a s t i cp e l l e tW a sd e m o n s t r a t e d T h ep r o t o n s o u r c ei sa b o u t2 5 0 - a ：10 0 1 x mb e f o r et h er e a rs i d eo ft a r g e t ，a c c o r d i n gt op o i n t i m a g i n g m o d e l ，a n dt h ep r o t o nf l
