强激光等离子体环境下天体核反应实验研究
发布时间：2023-05-21 20:22
激光核物理是近年来随着强激光技术的快速发展而兴起的新兴交叉学科,正受到越来越多的关注。目前在实验室中已经可以获得超过1022 W/cm2的激光聚焦强度,并且还在不断提升。这样的超短超强脉冲激光与物质发生相互作用时,会出现很多新的物理现象,并且其产生的高温高密等离子体极端环境,以及诱发的核反应次级粒子束等,也为其它基础和应用研究提供了独特的平台。例如,强激光产生的等离子体环境,可以用来模拟天体核反应的环境,研究因电子屏蔽效应等因素带来的低能核反应截面测量中的不确定性问题,这是目前实验室条件下直接研究天体环境中核反应的唯一技术手段。本论文提出了“强激光等离子体对撞”研究等离子中天体核反应的新方法。这是利用强激光轰击靶产生两团高速等离子体,再让两团等离子体对撞产生核反应。该方法是以往等离子体核反应实验“惯性约束热核聚变”、“库仑爆炸”、“双路激光”等方案的重要补充。它可以产生准麦克斯韦-玻尔兹曼分布的离子,并可在一定范围内调节有效Gamow能量。由于对撞,也使得同等条件下核反应的质心系能量与束-靶方案相比有大幅提高。同时,大部分的反应是在密度较低的无碰撞等离子体中发生的,很好地还原了宇宙中广...
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 强激光与核天体物理的交叉融合
1.2 超短超强激光的发展和应用
1.2.1 激光技术的发展历程
1.2.2 激光加速机制
1.2.3 强激光引起的核过程
1.3 激光应用于核天体物理研究
1.3.1 本领域的研究现状
1.3.2 电子屏蔽效应
1.3.3 Li元素丰度问题
1.4 激光在其他核物理研究中的应用
1.4.1 核激发
1.4.2 裂变-聚变反应
1.4.3 等离子体中的离子能损
1.4.4 新型中子源
1.4.5 激光康普顿γ源
1.5 论文结构和内容提要
第二章 本研究的理论基础和实验手段
2.1 天体环境中的核反应
2.1.1 恒星中的热核反应速率
2.1.2 S因子和Gamow窗口
2.2 等离子体密度的光学诊断
2.2.1 干涉法测量等离子体密度的基本原理
2.2.2 Abel反演问题
2.3 激光核物理实验中的离子诊断
2.3.1 常用的离子记录介质
2.3.2 Thomson谱仪
2.4 激光脉冲中子探测
2.4.1 闪烁探测器
2.4.2 中子飞行时间测量方法
2.5 本章小结
第三章 强激光驱动等离子体对撞下的2H(d,n)3He反应
3.1 对流等离子体中的核反应
3.2 实验装置
3.2.1 激光参数和光学诊断
3.2.2 靶的构型
3.2.3 核反应产物的诊断
3.3 实验结果和数据处理
3.3.1 2.45 MeV中子产物的确定
3.3.2 闪烁探测器的能量刻度和中子产额的获得
3.3.3 光学诊断结果和等离子体密度的计算
3.3.4 流体力学模拟
3.4 分析和讨论
3.4.1 中子产物的来源
3.4.2 靶型对中子产额的影响
3.4.3 反应产额的数值计算和截面的确定
3.4.4 在天体核反应研究中的应用
3.5 本章小结
第四章 等离子对撞方法研究7Li(d,n)8Be反应
4.1 D-Li反应产生13.3 MeV准单能中子
4.2 7Li(d,n)8Be反应天体物理S因子的测量
4.2.1 反应截面相对测量方法的原理
4.2.2 LiD材料的性质和实验方案
4.2.3 实验结果
4.2.4 S因子的计算
4.2.5 结果讨论
4.3 本章小结
第五章 激光脉冲中子源产生的延迟γ射线研究
5.1 γ脉冲对中子测量的影响
5.2 强激光脉冲中子与物质相互作用机制
5.2.1 中子在介质中的慢化
5.2.2 中子辐射俘获
5.3 原理验证实验方案和装置布局
5.3.1 激光参数和靶型
5.3.2 加速产生质子的测量
5.3.3 中子产物的测量
5.4 实验结果分析
5.4.1 质子的能谱和空间分布
5.4.2 中子产生的Monte-Carlo模拟
5.4.3 TOF测量结果和分析
5.4.4 延迟γ射线信号的时间和脉冲幅度分布
5.4.5 对俘获核来源的探讨
5.5 γ射线计数与中子产额之间的关系
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 未来工作展望
附录A 中子TOF的部分原始数据和能量的计算
附录B 厚靶条件下反应产额的计算
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
本文编号：3821390
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 强激光与核天体物理的交叉融合
1.2 超短超强激光的发展和应用
1.2.1 激光技术的发展历程
1.2.2 激光加速机制
1.2.3 强激光引起的核过程
1.3 激光应用于核天体物理研究
1.3.1 本领域的研究现状
1.3.2 电子屏蔽效应
1.3.3 Li元素丰度问题
1.4 激光在其他核物理研究中的应用
1.4.1 核激发
1.4.2 裂变-聚变反应
1.4.3 等离子体中的离子能损
1.4.4 新型中子源
1.4.5 激光康普顿γ源
1.5 论文结构和内容提要
第二章 本研究的理论基础和实验手段
2.1 天体环境中的核反应
2.1.1 恒星中的热核反应速率
2.1.2 S因子和Gamow窗口
2.2 等离子体密度的光学诊断
2.2.1 干涉法测量等离子体密度的基本原理
2.2.2 Abel反演问题
2.3 激光核物理实验中的离子诊断
2.3.1 常用的离子记录介质
2.3.2 Thomson谱仪
2.4 激光脉冲中子探测
2.4.1 闪烁探测器
2.4.2 中子飞行时间测量方法
2.5 本章小结
第三章 强激光驱动等离子体对撞下的2H(d,n)3He反应
3.1 对流等离子体中的核反应
3.2 实验装置
3.2.1 激光参数和光学诊断
3.2.2 靶的构型
3.2.3 核反应产物的诊断
3.3 实验结果和数据处理
3.3.1 2.45 MeV中子产物的确定
3.3.2 闪烁探测器的能量刻度和中子产额的获得
3.3.3 光学诊断结果和等离子体密度的计算
3.3.4 流体力学模拟
3.4 分析和讨论
3.4.1 中子产物的来源
3.4.2 靶型对中子产额的影响
3.4.3 反应产额的数值计算和截面的确定
3.4.4 在天体核反应研究中的应用
3.5 本章小结
第四章 等离子对撞方法研究7Li(d,n)8Be反应
4.1 D-Li反应产生13.3 MeV准单能中子
4.2 7Li(d,n)8Be反应天体物理S因子的测量
4.2.1 反应截面相对测量方法的原理
4.2.2 LiD材料的性质和实验方案
4.2.3 实验结果
4.2.4 S因子的计算
4.2.5 结果讨论
4.3 本章小结
第五章 激光脉冲中子源产生的延迟γ射线研究
5.1 γ脉冲对中子测量的影响
5.2 强激光脉冲中子与物质相互作用机制
5.2.1 中子在介质中的慢化
5.2.2 中子辐射俘获
5.3 原理验证实验方案和装置布局
5.3.1 激光参数和靶型
5.3.2 加速产生质子的测量
5.3.3 中子产物的测量
5.4 实验结果分析
5.4.1 质子的能谱和空间分布
5.4.2 中子产生的Monte-Carlo模拟
5.4.3 TOF测量结果和分析
5.4.4 延迟γ射线信号的时间和脉冲幅度分布
5.4.5 对俘获核来源的探讨
5.5 γ射线计数与中子产额之间的关系
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 未来工作展望
附录A 中子TOF的部分原始数据和能量的计算
附录B 厚靶条件下反应产额的计算
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
本文编号：3821390
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/tianwen/3821390.html