自α粒子散射實驗成功地揭示了“原子核式結構”以來,粒子碰撞逐漸成為人類認識與探索物質運動規(guī)律、相互作用以及它們的內部結構的重要思想與主要途徑之一。在原子分子物理學中,人們主要是通過粒子碰撞進而研究原子分子的電離以及激發(fā)等的性質;在凝聚態(tài)物理學中則主要是利用電子衍射,中子衍射以及X射線晶體衍射等手段來獲取晶體等的內部狀態(tài);而在高能物理領域,粒子碰撞也是人們用來探索與發(fā)現(xiàn)基本粒子組成的重要工具。近年來隨著激光技術的飛速發(fā)展,特別是從上世紀八十年代的啁啾脈沖放大技術的產生與發(fā)展使得激光場所對應的電場可以輕易地與原子核對電子的庫侖作用相比擬,如此強的激光場將會對粒子碰撞產生巨大的影響。一方面激光場的存在將影響電子或其他粒子與原子碰撞電離的散射截面;另一方面在激光與原子分子等的相互作用中,激光場驅動電子再碰撞過程產生的高次諧波等現(xiàn)象促進了阿秒科學等的快速發(fā)展。此外,激光輔助的核反應過程也是當前研究的主要熱點問題。隨著實驗技術上的不斷推陳致新,越來越多的新奇的物理現(xiàn)象需要理論研究來解釋與描述。然而以量子力學為基礎的理論方法在涉及多個粒子相互作用的多體計算中寸步難行,從牛頓力學規(guī)律出發(fā)的經典軌道蒙特... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１中子在晶體中發(fā)生Ｂｒａｇｇ散射的示意圖，可將樣品放置在中子束中，并記錄中子被樣品??

?第１章緒論???驗研究固體的Ｆｅｒｍｉ面［５８］以及利用正電子發(fā)射斷層技術（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ?Ｅｍｉｓｓｉｏｎ?Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，??ＰＥＴ如圖１．２所示）掃描生物身體某些部位的化學活性來識別疾病等等％６Ｕ１。另一方??面，由于所帶電性不同，正電子和粒子的碰撞與電子的碰撞情況存在顯著差異。當??一個熱化的正電子和原子中的電子碰撞時有可能會在發(fā)生湮滅之前暫時的形成一個??類氫的準束縛系統(tǒng)被稱為電子偶素（Ｐｏｓｉｔｒｏｎｉｕｍ），系統(tǒng)中的電子與正電子的軌道和能??級與氫原子的相似。這種體系最終會湮滅成光子輻射出去，其壽命約為ｌ〇＿７ｓ量級。??１９３４年，Ｍｏｈｏｒｏｖｉｃｉｃ在理論上預言了電子偶素的存在，在１９５１年Ｍｏｈｏｒｏｖｉｃｉｃ的理論預??言被Ｄｅｕｔｓｃｈ在實驗上證實［６１］。對正電子以及電子偶素的研究為反氫原子的生成奠定了??理論基礎，也是正電子ｙ射線激光器的研宄基矗??（ｉ）?Ｒａｄｉｏｎｕｃｌｉｄｅ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ａ?ｆ?ｚ?＼?＾??Ｉ?，，丨作??（ｉｉ）?Ｒａｄｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ?［＾ＦＩＦＤＧ??／－．?（Ｑ??（ｉｖ）?Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?（ｖ）?Ｉｍａｇｅ?ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ??圖１．２?ＰＥＴ成像示意圖Ｉ％。利用粒子碰撞產生放射性核素，將產生的放射性核素摻入生物活??性分子或藥物化合物中后注射給生物體，使其擴散到身體組織；從放射性標記的化合物中發(fā)出??的正電子在組織中傳播很短的距離后遇到電子發(fā)生湮滅轉換為兩個高能的ｙ光子，再由環(huán)形檢??測器復合測量發(fā)射的ｙ光子并由計算機技術重構三維圖像來追蹤放射性標記化合物在人體組織??中的分布進而形成圖像。??１

來的。１９５３年，從事雷??達研宄工作的Ｔｏｗｎｅｓ基于受激輻射原理利用微波諧振腔建造成了第一臺微波激射??器（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｂｙ?ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｏｆ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ’?Ｍａｓｅｒ）來用于放大雷達微??波［６４１。很快Ｓｃｈａｗｌｏｗ與Ｔｏｗｎｅｓ等人就提出或許可以將微波激射器產生的機制應用到可??見光頻率范圍Ｌ６５］。到了?１９６０年，Ｍａｉｍａｎ成功研制出了第一臺紅寶石激光器［６６］，從此??激光與人們的生活息息相關。圖１．３中，我們顯示了Ｍａｉｍａｎ紅寶石激光器的工作原理簡??圖。激光發(fā)展為物理學家創(chuàng)造了一種易于控制的相干光源，并隨后引起了描述光與原??子相互作用的科學熱潮。??氙閃光燈?Ｆ產絲??ｊ?＼無輻射躍遷（１０－＊ｓ）??紅寶；Ｓｉ：１?ｌ?穩(wěn)態(tài)，）??觸發(fā)電極一?：ｍ??聚光反射器?１基態(tài)??圖１．３?Ｍａｉｍａｎ紅寶石激光器原理圖，在氙燈的照射下，紅寶石晶體中處于基態(tài)＆的粒子，吸??收光子而被激發(fā)到＆能級。粒子在￡３能級的平均壽命很短（約ＨＴ８ｓ）。大部分粒子會通過“無??輻射躍遷”躍遷到能級￡２。而粒子在＆能級的壽命可達ｌ（Ｔ３ｓ。所以在￡２能級累積了大量粒子，??形成￡２和＆間的粒子數(shù)反轉，此時晶體對頻率ｖ滿足加＝五２?－?Ａ的成分就被放大。??在激光技術發(fā)明的初期，激光的峰值功率密度大約在ＧＷ／ｃｍ２量級，以至于可以使??用一階微擾理論來充分描述激光與原子靶的相互作用。人們一直努力提高激光的光強??使得其成為理想的實驗與應用光源。早期提高激光器輸出功率的方式主要有兩種調Ｑ技??術和鎖模技術。在激光原理中，通常用２?＝?２７ｎ


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