基于Geant4模拟的康普顿散射研究

在暗物质直接探测实验当中,高能gamma射线是重要的本底来源之一.高能光子由于康普顿散射的原因会在高纯锗探测器中会产生低能本底. CDMSlite实验中发现低能区域的康普顿能谱存在康普顿台阶,脉冲近似(Impulse Approximation, IA)理论解释了台阶出现的原因是原子中电子处于束缚状态,它使用散射函数来描述电子的束缚效应.为了探究这些台阶与散射函数以及入射能量之间的关系,我们使用Geant4程序对康普顿散射中的康普顿台阶进行了研究.研究发现随着初始光子能量增高,K壳层与L壳层的康普顿台阶会变得越来越平缓,直至斜率趋近于零.     

椭圆偏振强激光场中库仑散射对原子单电离的影响

文章采用隧穿电离半经典系综模型,研究了椭圆偏振强激光场中库仑散射对原子电离的影响。结果发现,库仑散射按能量可以分为低能散射和高能散射两种。低能散射对电子电离角分布不对称性有加强作用,原子电离能越小,这种加强作用越大,而高能散射对原子电离角分布不对称性影响很小。但是,高能散射造成了椭圆偏振光辐射下电子能谱中的平台结构,而低能散射对此平台结构的形成没有作用。另外,高能散射电子的动量分布与电子的初始隧穿位置密切相关。本论文的研究进一步揭示了电子在椭圆偏振场的再散射过程,这对于碰撞物理学发展和阿秒钟等高端测量仪器的研制都有非常重要的意义。     

X射线质量厚度测量研究

拟合了能量在200 keV以下的中低能光子质量减弱系数的实验数据,发现基于光电效应,瑞利散射和康普顿散射的半经验公式能够精确地模拟光子质量减弱系数的实验数据.计算了X射线管发出的连续能谱X射线经过吸收片过滤后的能谱分布,发现能谱呈峰形.将它用作物质的透射模拟实验,发现在一定厚度范围内,它与某单能光子的强度减弱规律相同而等效.利用拟合求得的减弱系数半经验公式,求出并讨论了这一等效能量的数值和规律.讨论了X射线束的光电流和光子计数两种探测方式,计算发现经过低能过滤后的X射线,两者都能够反映强度减弱规律.进行了吸收实验,证明低能过滤X射线束的能量探测的确可以用来进行物质的质量厚度测量.     

脉冲星风云G21.5-0.9的多波段非热辐射

运用含时演化理论模型研究脉冲星风云G21.5-0.9的多波段非热辐射.在这个模型中,考虑2种不同成分的注入电子,低能成分电子和高能成分电子.其中低能成分电子形式为具有幂律谱,而高能成分电子形式为Maxwellian加上一个高能幂律谱.通过理论计算,发现该模型能很好地解释脉冲星风云G21.5-0.9的多波段观测数据,射电到X射线段的辐射主要通过电子同步辐射产生,而伽玛射线主要通过逆康普顿散射产生.     

锥形飞秒强激光等离子体中Compton散射的能量转换

应用相对论性电子与多光子集团非弹性碰撞模型和经典相对论电动力学理论,分析、计算了锥形飞秒强激光等离子体中多光子非线性Compton散射的能量转换.发现等离子体中的耦合激光场会引起能量转换效率的振荡,而静电场会降低能量转换效率.当高能电子与光子发生双光子非线性Compton散射时,电子能获得最大的能量转换效率.     

TeV耀变体的高能伽玛射线辐射研究

基于双幂率电子谱,考虑了源内极端相对论性电子的逆康普顿散射过程和源外极端相对论性质子与背景光子相互作用(pγ相互作用)对高能伽玛射线辐射能谱的贡献。结合Fermi-LAT最新的观测结果,假定一个合理的电子谱和质子谱,将模型应用于TeV耀变体PKS 2155-304宁静态下的多波段辐射能谱。研究结果表明,上述过程能产生PKS 2155-304宁静态下的多波段辐射能谱,且pγ相互作用产生的次级辐射对高能伽玛射线能谱有明显的贡献。     

PKS 0447-439的γ-射线辐射起源

利用单区的轻强子模型,在模型中假设质子和电子稳定的注入辐射区,并用一组自洽的包含了质子同步辐射、光子-光子相互作用、正/负电子对的同步辐射、逆康普顿散射以及同步自吸收的非线性方程描述质子、电子和光子随时间的演化,重建了PKS 0447-439的多波段能谱.计算结果表明,PKS 0447-439的能谱分布可由该模型很好的重建.在本文的模型参数下,γ-射线的辐射几乎全部来自质子的同步辐射,而逆康普顿过程产生的光子几乎可以忽略.     

束流模型的可能的观测检验

双瓣结构是河外射电源的一种很重要的结构形式,说明双瓣结构的物理模型现有好几种,如何从观测上对这些模型进行检验是一个很重要的课题。本文就束流模型探讨了从观测上进行捡验的可能性,在束流模型的基础上,我们讨论了束中高能电子与宇宙背景光子产生的逆康普顿散射和束中高能电子与子源射电光子产生的逆康普顿散射,并导出了计算这些散射的公式。计算结果表明:这些辐射位于X射线波段,有强的方向性——在束流方向附近,强度在X射线探测器的灵敏度之上。因此,我们提出对某些复杂源进行X射线探测可能是检验束流模型的一种有效方法。本文是借用射电源CygA的参数作上述强度估计的。     

Mrk 421天体的多波段辐射机制

电子在激波上游通过扩散和对流获得能量,然后漂移到激波下游辐射区经过冷却损失能量并形成电子能量分布,利用上述过程中形成的电子能量分布,基于同步自康普顿模型计算了蝎虎天体Mrk 421的多波段辐射能谱.计算结果表明:(1)由于低能电子冷却时标较长,形成的电子分布的低能部分对辐射能谱没有贡献;(2)选取合理的模型参数,模型计算结果与Mrk 421天体四个不同观测时期的多波段观测结果一致.推测电子分布的高能部分对辐射能谱的贡献和电子能量损失过程中临界能量的改变都可能导致Mrk 421天体的能谱变化.     

激光-电子非线性康普顿散射中电子的特性研究

利用单粒子理论和电子与光子非弹性碰撞模型,对激光-电子非线性康普顿散射的电子的速度进行了研究.通过理论推导得出了电子的能量变化因子的表达式,同时讨论了电子与光子碰撞后的速度.结果表明,电子与光子碰撞后的速度不仅与碰撞之前电子的速度和n光子集团的频率有关,还与电子与n光子集团入射方向与散射方向间的夹角和光子的散射角有关.     

磁逆Compton散射谱与γ射线暴辐射机制

强弱场中相对论电子的逆Ｃｏｍｐｔｏｎ散射,即磁逆Ｃｏｍｐｔｏｎ散射,昊体高能辐射的一种重要辐射机制,本文利用磁逆Ｃｏｍｐｔｏｎ散射的半径典量子理论的回旋共振散射微分截面公式,采用相对论变换方法,计算了磁中子星表面附近的磁逆Ｃｏｍｐｔｏｎ散射的能谱,并作了相应的能谱图,与γ射线暴的观测能谱符合得很好。     

NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素

自康普顿散射提出以来,其理论研究和应用研究一直是国内外的热点。基于NaCl和KCl溶液的康普顿散射,通过一定的近似处理,从理论上分析适合这两种溶液的康普顿散射光子数与溶液浓度之间的关系表达式;然后,通过康普顿散射实验验证康普顿散射的理论和实验研究。为了从更微观的角度来把握NaCl和KCl溶液康普顿散射的机理,笔者立足于密度泛函理论对NaCl与KCl溶液的电子结构作了深入分析,得出结论:除质量密度、散射衰减因子以及溶液的浓度外,电子数密度和电子受到的束缚也对康普顿散射光子数有影响,其中,电子数密度是影响NaCl与KCl溶液康普顿散射光子数的主要因素。     

闪烁薄膜中子探测器灵敏度Monte Carlo计算

闪烁薄膜探测器的灵敏度和中子/γ分辨能力与闪烁晶体厚度密切相关,合理选择闪烁晶体厚度是探测器设计的关键。该文应用Monte Carlo方法模拟了中子和γ射线与闪烁晶体的相互作用过程,计算研究了晶体厚度对探测器灵敏度及中子/γ分辨能力的影响,给出了0.1~16.0MeV中子和γ射线照射下探测器的相对灵敏度,并结合部分能点的实验室标定数据,得到了探测器灵敏度能量响应曲线和中子/γ分辨率。理论计算的灵敏度能量响应曲线与实验标定趋势基本一致。     

Cyg X-1 X射线短暴特性与康普顿化模型的比较

为了解释致密天体高能辐射的时延现象和能谱等特征,多种致密天体X射线辐射源的理论模型先后被提出。但是,目前尚没有一种模型能够完全解释X射线的高能辐射现象,即现有的理论模型还不够完善。通过对X射线辐射源时延现象和短暴半高宽随能量变化这两个特性的讨论,并尝试将Cyg X-1的观测结果与康普顿化模型进行比较,对原模型给出更多的限制从而建立更为合理的新模型。     

康普顿散射中的'反冲电子'

文章对康普顿散射后电子的状态进行讨论.依椐散射电子所获得的能量分析散射后电于所处的状态,并按相对论效应和非相对论效应分别得到散射电子的速度表达式.根据电子获得的能量,讨论了散射电子的可能状态有:当所获得的能量为零时,电子保持原状态;当cosθ＞1-Eifm0c2/(hv0-Eif)hv0时,电子保持原态并电离出获得的能...     

单电子逆康普顿散射的辐射谱

逆康普顿散射在天体物理中是一种重要的非热辐射机理，本文利用相对论不变量求得单电子在各向同性辐射场中穿行时的逆康普顿散射的辐射谱。此法与其它方法相比具有既较为简便又较为精确的特点。