激光加速电子束放射照相的模拟

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激光等离子体相互作用过程极其复杂,对其诊断、参数的测量采用多种不同的方法与技术,但都存在一定的局限。近年来,随着激光技术的发展,人们开始利用激光加速产生的带电粒子束来诊断等离子体或其他物质。利用质子束诊断激光等离子体已有不少报道,但是高能质子束的产生还很困难。相比之下,高能电子束的产生不仅相对容易,且具有更短的束宽度,将其应用于放射照相可实现更大的穿透深度和更快的时间分辨。本文利用FLUKA蒙特卡罗模拟程序(2011年版),对电子束放射照相进行了细致的模拟。从Moliere多次散射理论的适用性出发,首先,模拟了准直电子束照射凸起的厚碳靶,研究了电子照相对靶物质厚度变化的敏感性,结果发现当入射电子能量所对应的射程与靶厚相近时,能诊断靶表面更小的不均匀(可达到3%o)且对比度更高:并与质子照相结果作比较,发现对于厚靶表面的不均匀诊断,质子照相更有优势。其次,模拟了100MeV电子束和质子束照射两侧密度有1%差别的靶界面,结果表明100MeV电子束和质子束均能诊断两侧密度有1%差别的靶界面,且对比度相当。再次,模拟了点源电子束对聚变靶丸的照相,结果表明200MeV的电子束对Be与DT固体的界面诊断对比度较高。最后,根据临界射程能量的原则,模拟了160keV准直电子束照射不均匀薄铍靶,研究了电子束对薄铍靶表面粗糙度诊断的可行性。上述的模拟结果表明,激光加速的电子束具有诊断厚靶表面的不均匀性、分辨微小密度差界面、确认ICF聚变靶丸界面及诊断薄靶表面粗糙度等能力。自编Matlab程序,研究了电子束在等离子体自生磁场下的运动,与FLUKA模拟结果相符。模拟了电子束在磁重联下的运动,初步结果表明电子束可以诊断磁重联现象。
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