飞秒康普顿光源驱动的超短、高能正电子束

利用飞秒康普顿伽玛光与高Z靶相互作用,产生超短脉冲的高能正电子束.模拟研究表明,10 fs、4.2 × 108/s、最高能量为23 MeV的康普顿伽玛束和厘米级的铅靶相互作用(对产生)时,可以获得通量为4.2×107/s、峰值能量约为7 MeV的超短脉冲(≤100 fs)正电子束.此短脉冲、高能正电子束在精确探测或诊断材料内部的微观结构、电子动量分布及缺陷状态,以及研究材料和生物体结构的超快动力学等领域有重要的应用前景.     

利用超强激光脉冲与平板等离子体相互作用产生超热电子

随着超强脉冲激光技术的不断发鼹,利用超强激光脉冲与平板等离子体相互作用产生超热电子的研究,在激光惯性约束中的“快点火”,医学中的射线治疗和台式激光加速器等领域广泛应用．木文用二维粒子模拟方法研究了超强短波脉冲激光与平扳等离子体薄靶相互作用中产生的超热电子．以研究结果表明,在平板等离子体薄靶后表面所产生的超热电子,角分布较小,定向性好,能获得很高的能量。     

基于强激光场与固体靶相互作用的等离子体光栅产生新机制研究

等离子体光栅由于不存在电磁场击穿效应,因此在强场物理研究中有着重要的应用.通过粒子(particle-in-cell, PIC)模拟的方法,利用皮秒强激光脉冲(激光场强度I的数量级约为10¹⁵W/cm²)与超临界密度固体靶(粒子数密度n≈10nc)相互作用,发现了一种等离子体数密度光栅产生的新机制.研究表明,这种新型等离子体光栅来源于强激光在固体靶中激发的等离子体波的干涉.因此只需要单束激光就可以激发产生,其持续时间可达数皮秒量级.该光栅具有纳米尺度的空间周期,相比于传统的通过两束激光在稀薄等离子体中干涉产生的激光波长尺度(微米)的等离子体光栅,这一发现对于x波段的强光操控有着潜在的应用价值.     

激光等离子体相互作用中产生的磁场与电子热传导

本文应用三维相对论电磁粒子模拟程序,研究超强超短脉冲激光与等离子体薄靶的相互作用中产生的磁场与电子热传导。研究结果表明,被激发的磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量,同时对在激光有质动力推开电子时形成的电子热流产生抑制作用。对这些物理过程的细致研究对更好的理解快点火物理中自生磁场的产生,快电子输运等过程有重要意义。     

飞秒激光辐照CuZr非晶合金损伤动力学研究

采用考虑了电子压强梯度的双温分子动力学方法,研究了纳米CuZr非晶合金薄膜在脉宽为100 fs,能量密度为0.08～0.16 J/cm~2的飞秒激光辐照下的烧蚀动力学过程.结果表明,低能量密度下,电子压强梯度对靶材的结构损伤过程影响很小.高能量密度下,电子压强梯度对靶材内部的电子温度和晶格温度演化场产生了显著的影响,CuZr非晶合金薄膜的结构存在皮秒量级的由电子压强梯度诱导的非热烧蚀过程,并且随着能流密度的增大,这一超快的非热烧蚀过程在时间尺度上会得到提前.     

北京大学超小型激光加速器系统研究进展

超强激光与等离子体相互作用可以获得高于传统加速器三个数量级以上的加速电场梯度,更加有效地加速离子,从而能够显著缩小加速器的体积和造价．鞘层加速（TNSA）和光压稳相加速（RPA）是目前研究得最多的两种主要激光加速机制．与鞘层加速相比,光压稳相加速的加速效率和离子能量更高、单能性更好．在提出光压稳相加速原理的基础上,北京大学正在建造一台基于该原理的超小型激光加速器系统．本文将介绍北京大学在激光加速研究方面的进展和激光加速器系统的研制情况,包括理论模拟、前期准备实验、自支撑纳米靶的制备以及离子输运线的初步设计．     

激光等离子体加速电子与固体靶相互作用产生相对论正电子的模拟计算

通过理论分析,建立了激光等离子体加速电子与固体靶相互作用产生相对论正电子的物理模型,以及Geant4模拟程序.以100 Me V量级的激光等离子体加速电子束参数为输入,模拟研究了不同靶材和靶厚条件下正电子束的产额、能量、角分布等主要物理参数.结果表明:金靶和钽靶是较优秀的电子—正电子转换靶材;对于相同的金属靶材面密度,正电子产额与原子序数Z的四次方成正比,与原子质量数A的平方成反比,即Ne+∝(Z2/A)2;对于不同的靶材,正电子产额有Ne+∝d2,其中d为靶材厚度,但仍存在一个最佳靶厚度.与利用拍瓦、皮秒激光束与固体靶相互作用产生正电子束的方案相比,利用本方案有望获得更高能量以及更小角发散的相对论正电子束,其流强可达107/shot.     

飞秒激光与固体靶相互作用中产生表面电子的实验研究

在近相对论光强下, 对p偏振超强激光脉冲与固体靶相互作用过程中产生的超热电子的角分布和能谱进行了研究. 实验发现, 超热电子的发射主要集中在三个方向: 靠近靶面方向、法线方向和激光的背向. 结果分析表明: 导致超热电子沿着靶面发射的原因是它受到靶前的鞘层电场与表面磁场的共同作用; 而沿着法线方向发射的超热电子的主要加速机制是共振吸收机制.     

纳米TiO2光降解触媒丝的制备

以草酸氧钛酸为前驱物,采用"浸渍-提拉法"在玻璃纤维丝基体上生成纳米TiO2前驱物薄膜,经过热分解得到纳米TiO2光降解触媒丝.XRD分析表明触媒丝表面薄膜为锐钛矿型TiO2, SEM形貌分析表明有部分小颗粒TiO2团聚在薄膜表面,颗粒粒度≤100 nm.该纳米TiO2光降解触媒丝能够在1 h内使罗丹明B在紫外光作用下降解66.67%～72.22%.     

纳米二氧化硅对人张氏肝细胞毒性作用研究

目的:以纳米二氧化硅(SiO2)为研究对象,探讨其对人张氏肝细胞(Chang liver cells)的毒性作用.方法:透射电子显微镜观察纳米SiO2粒径、形态及分散性.体外培养人张氏肝细胞,将细胞分为对照组及纳米SiO2暴露组.纳米SiO2暴露浓度分别为12.5、25、50、100、200(mg·L-1),作用外周全血细胞和张氏肝细胞24 h后,倒置显微镜下观察细胞形态及结构;四甲基偶氮唑盐(MTT)法检测细胞生存率;DAPI染色观察细胞核形态;TRITC-Phalloidin染色观察细胞骨架微丝结构.结果:与正常对照组相比,纳米SiO2引起人张氏肝细胞存活率明显降低(P0.01);细胞胞体产生皱缩、变圆,细胞核固缩并出现空泡化,细胞骨架微丝结构破坏.结论:纳米SiO2作用于人张氏肝细胞会抑制细胞增殖,造成细胞形态改变,并呈现剂量依赖性.     

采用啁啾反射镜色散补偿的7 fs掺钛蓝宝石激光振荡器

通过对钛宝石激光晶体及空气色散的计算分析,仅采用四镜腔结构的啁啾镜色散补偿激光振荡器,在3.1 W的抽运功率下,直接产生了平均功率340 mW,最短脉宽小于7 fs的周期量级脉冲输出.该激光的重复率为173 MHz,中心波长约791 nm,光谱全宽覆盖了从600～900 nm的范围.这是目前国际上所能获得亚10 fs激光脉冲的最简化腔型结构.     

采用啁啾反射镜色散补偿的7fs掺钛蓝宝石激光振荡器

通过对钛宝石激光晶体及空气色散的计算分析,仅采用四镜腔结构的啁啾镜色散补偿激光振荡器,在3.1W的抽运功率下,直接产生了平均功率340mW,最短脉宽小于7 fs的周期量级脉冲输出.该激光的重复率为173MHz,中心波长约791 nm,光谱全宽覆盖了从600～900nm的范围.这是目前国际上所能获得亚10 fs激光脉冲的最简化腔型结构.     

离子轰击碳膜凸起形成碳纳米尖端的理论分析

用CH4、NH3和H2为反应气体,利用等离子体增强热丝化学气相沉积系统在沉积有碳膜的Si上制备了碳纳米尖端.用原子力显微镜表征了碳膜,结果表明碳膜是凸凹不平的膜,有许多凸起.在生长碳纳米尖端的过程中,由于既有含碳离子在凸起上的沉积,又有氢离子和含氮离子对凸起的刻蚀,根据有关离子沉积和溅射刻蚀的理论,理论分析了离子轰击碳膜凸起碳纳米尖端的形成.     

科学触角

正用激光获得反物质2016年3月,中国科学院上海光学精密仪器研究所沈百飞团队在Physics of Plasmas发表研究,宣布通过超强超短激光成功产生了反物质——正电子。他们首先利用飞秒(10~(-15)秒)拍瓦(10~(15)瓦)激光装置和高压气体靶相互作用,产生大量高能电子;然后高能电子和高原子序数(高Z)材料靶相互作用,生成高强度伽马射线;伽马射线随之再和高Z原子核作用产生正负电子对;最后,利用正负电子在磁场中的不同偏转特性,实验中在单发条件下就成功     

强激光在不均匀等离子体中传输的成丝不稳定性

近年来,随着超短超强激光技术的发展,超强激光与等离子体相互作用方面的研究受到了越来越多研究者的重视.其中,强飞秒激光在等离子体中传输时的成丝不稳定性是一个重要的研究课题.因为其在激光引雷以及激光诱导电离光谱分析等诸多方面具有广阔的应用前景.本论述主要研究了线性极化激光束在轴向不均匀等离子体中传输时的成丝不稳定性,通过理论推导建立了相对论非线性激光场对应的非线性波方程.考虑到激光振幅在不均匀等离子体中的横向扰动,如果这种扰动以确定的形式给出,则将该形式代入并求解已得的扰动波方程就可以得到在轴向密度发生变化的等离子体结构中激光成丝不稳定性的增长率.     

强流脉冲离子束与钛靶相互作用数值研究

简要讨论了强脉冲离子束与钛靶相互作用的理论模型,选取特定参数,应用数值计算的方法模拟计算离子能量为100 keV、300 keV和450 keV的H 、C 离子束与钛靶相互作用,给出了钛靶在辐照后离子浓度-深度分布、能量梯度分布等模拟计算结果.H 与钛靶相互作用过程中的能量损失在钛靶内部出现峰值,然后迅速减少为零,而C 在钛靶表面沉积较多的能量.     

用激光操纵纳米颗粒

近来物理学家发现,用激光可以比理论预测更加强有力地推拉纳米级颗粒。日本大阪府立大学的理论物理学家称,用新一代激光牵引波束——"非线性共振激光技术",可以空前灵巧和精准地操纵纳米级颗粒。他们通过计算激光束和纳米颗粒之间复杂的相互作用,发现作用在纳米颗粒上的合力比之前料想的大得多,可以用来操纵这些颗粒。该文发表在8月的《物理评论快报》(Physics Review     

纳米管和纳米丝

纳米管和纳米丝领域发展很快,它在电子学、光学和传感器领域有很大的应用潜力。一些优秀的科学家在本书中综述了对这些新材料体系的认知和许多潜在应用;本书有关纳米管和纳米丝科技领域的最新综述包括实验的、理论的和指导性的信息,向读者介绍了该领域目前的状态以及今后的发展方向。本书共分6章：1．纳米ZnO：构建纳米器件模块;2．碳纳米管的场效应晶体管;     

飞秒激光与金属作用机理

对脉冲激光沉积过程中激光和金属作用的微观机制进行了深入分析.通过双温方程模拟得到飞秒激光作用金靶材温度随时间变化的图像.该图像反应出激光和金属表面及内部晶格作用特点.进一步分析得知,当晶格温度大于金属沸点时将会产生高能的等离子体.通过数值模拟找出了产生等离子体所需激光的能量阈值,这样能够帮助纳米材料的制备者选择激光,制备出优质的纳米薄膜.     

纳米磁性材料及其应用

纳米磁性材料是纳米材料中最早进入工业化生产,应用十分广泛的一类功能材料.纳米磁性材料的特性不同于常规的磁性材料,其原因在于与磁性相关联的特征物理长度恰好处于纳米量级,例如磁单畴尺寸,超顺磁性临界尺寸,交换作用长度,以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级,当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时,就会呈现反常的磁学与电学性质.利用这些新特性,已涌现出一系列新材料与众多应用.