激光核物理是近年來隨著強激光技術(shù)的快速發(fā)展而興起的新興交叉學(xué)科,正受到越來越多的關(guān)注。目前在實驗室中已經(jīng)可以獲得超過1022 W/cm2的激光聚焦強度,并且還在不斷提升。這樣的超短超強脈沖激光與物質(zhì)發(fā)生相互作用時,會出現(xiàn)很多新的物理現(xiàn)象,并且其產(chǎn)生的高溫高密等離子體極端環(huán)境,以及誘發(fā)的核反應(yīng)次級粒子束等,也為其它基礎(chǔ)和應(yīng)用研究提供了獨特的平臺。例如,強激光產(chǎn)生的等離子體環(huán)境,可以用來模擬天體核反應(yīng)的環(huán)境,研究因電子屏蔽效應(yīng)等因素帶來的低能核反應(yīng)截面測量中的不確定性問題,這是目前實驗室條件下直接研究天體環(huán)境中核反應(yīng)的唯一技術(shù)手段。本論文提出了“強激光等離子體對撞”研究等離子中天體核反應(yīng)的新方法。這是利用強激光轟擊靶產(chǎn)生兩團(tuán)高速等離子體,再讓兩團(tuán)等離子體對撞產(chǎn)生核反應(yīng)。該方法是以往等離子體核反應(yīng)實驗“慣性約束熱核聚變”、“庫侖爆炸”、“雙路激光”等方案的重要補充。它可以產(chǎn)生準(zhǔn)麥克斯韋-玻爾茲曼分布的離子,并可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)有效Gamow能量。由于對撞,也使得同等條件下核反應(yīng)的質(zhì)心系能量與束-靶方案相比有大幅提高。同時,大部分的反應(yīng)是在密度較低的無碰撞等離子體中發(fā)生的,很好地還原了宇宙中廣...

【文章頁數(shù)】：162 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 強激光與核天體物理的交叉融合
    1.2 超短超強激光的發(fā)展和應(yīng)用
        1.2.1 激光技術(shù)的發(fā)展歷程
        1.2.2 激光加速機制
        1.2.3 強激光引起的核過程
    1.3 激光應(yīng)用于核天體物理研究
        1.3.1 本領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 電子屏蔽效應(yīng)
        1.3.3 Li元素豐度問題
    1.4 激光在其他核物理研究中的應(yīng)用
        1.4.1 核激發(fā)
        1.4.2 裂變-聚變反應(yīng)
        1.4.3 等離子體中的離子能損
        1.4.4 新型中子源
        1.4.5 激光康普頓γ源
    1.5 論文結(jié)構(gòu)和內(nèi)容提要
第二章 本研究的理論基礎(chǔ)和實驗手段
    2.1 天體環(huán)境中的核反應(yīng)
        2.1.1 恒星中的熱核反應(yīng)速率
        2.1.2 S因子和Gamow窗口
    2.2 等離子體密度的光學(xué)診斷
        2.2.1 干涉法測量等離子體密度的基本原理
        2.2.2 Abel反演問題
    2.3 激光核物理實驗中的離子診斷
        2.3.1 常用的離子記錄介質(zhì)
        2.3.2 Thomson譜儀
    2.4 激光脈沖中子探測
        2.4.1 閃爍探測器
        2.4.2 中子飛行時間測量方法
    2.5 本章小結(jié)
第三章 強激光驅(qū)動等離子體對撞下的²H(d,n)³He反應(yīng)
    3.1 對流等離子體中的核反應(yīng)
    3.2 實驗裝置
        3.2.1 激光參數(shù)和光學(xué)診斷
        3.2.2 靶的構(gòu)型
        3.2.3 核反應(yīng)產(chǎn)物的診斷
    3.3 實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)處理
        3.3.1 2.45 MeV中子產(chǎn)物的確定
        3.3.2 閃爍探測器的能量刻度和中子產(chǎn)額的獲得
        3.3.3 光學(xué)診斷結(jié)果和等離子體密度的計算
        3.3.4 流體力學(xué)模擬
    3.4 分析和討論
        3.4.1 中子產(chǎn)物的來源
        3.4.2 靶型對中子產(chǎn)額的影響
        3.4.3 反應(yīng)產(chǎn)額的數(shù)值計算和截面的確定
        3.4.4 在天體核反應(yīng)研究中的應(yīng)用
    3.5 本章小結(jié)
第四章 等離子對撞方法研究⁷Li(d,n)⁸Be反應(yīng)
    4.1 D-Li反應(yīng)產(chǎn)生13.3 MeV準(zhǔn)單能中子
    4.2 ⁷Li(d,n)⁸Be反應(yīng)天體物理S因子的測量
        4.2.1 反應(yīng)截面相對測量方法的原理
        4.2.2 LiD材料的性質(zhì)和實驗方案
        4.2.3 實驗結(jié)果
        4.2.4 S因子的計算
        4.2.5 結(jié)果討論
    4.3 本章小結(jié)
第五章 激光脈沖中子源產(chǎn)生的延遲γ射線研究
    5.1 γ脈沖對中子測量的影響
    5.2 強激光脈沖中子與物質(zhì)相互作用機制
        5.2.1 中子在介質(zhì)中的慢化
        5.2.2 中子輻射俘獲
    5.3 原理驗證實驗方案和裝置布局
        5.3.1 激光參數(shù)和靶型
        5.3.2 加速產(chǎn)生質(zhì)子的測量
        5.3.3 中子產(chǎn)物的測量
    5.4 實驗結(jié)果分析
        5.4.1 質(zhì)子的能譜和空間分布
        5.4.2 中子產(chǎn)生的Monte-Carlo模擬
        5.4.3 TOF測量結(jié)果和分析
        5.4.4 延遲γ射線信號的時間和脈沖幅度分布
        5.4.5 對俘獲核來源的探討
    5.5 γ射線計數(shù)與中子產(chǎn)額之間的關(guān)系
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 未來工作展望
附錄A 中子TOF的部分原始數(shù)據(jù)和能量的計算
附錄B 厚靶條件下反應(yīng)產(chǎn)額的計算
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文



本文編號：3821390