【摘 要】
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近年来,由于激光技术的快速发展以及对激光等离子体相互作用物理的深入了解,使得人们可以在实验室控制和优化激光等离子体相互作用产生的兆电子伏特质子束,从而在超快照相、
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近年来,由于激光技术的快速发展以及对激光等离子体相互作用物理的深入了解,使得人们可以在实验室控制和优化激光等离子体相互作用产生的兆电子伏特质子束,从而在超快照相、质子束驱动快点火方案、等容加热产生温稠密物质状态以及激光驱动核反应等方面具有可观的应用前景。对激光加速离子束的诊断,通常分为空间强度分布测量和能谱分布测量,能同时进行空间分辨的能谱测量的方法极其有限,并且已有方法存在各自的缺陷。本论文研制和测试了一种新型的二维角分辨宽角质子能谱仪,该方法通过多针孔阵列配合倾斜磁铁质谱仪,实现了单发全束质子的能量空间分布测量。主要工作内容如下:1:针对靶后鞘层加速(TNSA)机制中加速出来的质子束具有空间分布不均匀、发散角大、指向性有偏差等特点,我们在二维角分辨质子谱仪的基础上设计了一款基于楔形磁场的二维宽角谱仪。楔形磁场搭配谱仪接收角可调设计,使谱仪更为紧凑,同时在不以能量分辨率为代价情况下有能力测得质子束的全角能量分布,拥有极高的工作效率。2:利用三维建模软件和多物理场模拟仿真软件结合实际数据,建立起了与谱仪实际磁场分布拟合度相当高的仿真模型。通过该模型,对谱仪楔形磁场的特性进行了详细研究分析,并且模拟了质子在磁场中的运动轨迹。模拟结果显示在谱仪磁场具有极其不均匀的磁场分布,尤其是在磁铁边缘位置有极强的B_y,B_z分量,使得谱仪不同位置具有不同的能量分辨率。3:利用上海交通大学的200TW激光器系统开展了激光驱动质子加速的实验,对设计加工的二维宽角质子谱仪进行了测试,测量结果与模拟结果吻合良好,并通过模拟结果对实验结果进行处理,反演出了质子束的空间能量分布图。
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