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核物理学术论文-激光核物理
近十年来，激光技术取得了很大的进步，激光强度已超过1022W/cm2，激光电场达到~ 4 &倍；1012V/cm。当这种高强度的激光照射在目标上时，可以产生许多由激光引起的核反应。本文综述了这一领域的研究进展，并对未来激光产生电子提出了一些建议。质子？中子？讨论了X射线和正电子的发展潜力。
啁啾脉冲放大，粒子云，正电子发射断层扫描，库仑爆炸
1是什么？
最近十年，激光技术取得了显著的进步，激光强度已超过1022W/cm2，激光电场强度达到3.8&倍；1012V/cm，比氢原子中电子的玻尔轨道上的库仑场大759倍，相当于给原子大小加上约40kV的电压，给核大小加上约0.38V的电压。在这种强电场下，所有的原子都会在极短的时间内电离，产生几兆电子伏到几百兆电子伏，几十兆电子伏的质子。
在激光等离子体中，当I=10？20?W/cm2，加速质子的能量可高达58MeV，加速梯度约为1mv/&；穆；质子仅被加速60 &；穆；m，如何增加加速距离就成了一个非常重要的研究内容。加速质子的机制相当复杂，已经提出了一些加速模型的想法。实验研究结果表明，该系统具有良好的应用前景。这表现在:
(1)激光能量转化为质子束能量的效率较高，且与激光能量有关。当激光脉冲能量为10J？当宽度为100fs时，转换效率为1%，而当500J？在500fs时，转换效率为10%，人获得了10？13?质子/脉冲，质子脉冲宽度约为1ps，相当于10？25?质子每秒，是吗？1.6。时代；？106A的脉冲质子流。
从理论到实验，都要研究如何进一步提高能量转换效率，特别是激光能量进一步提高时，转换效率是否会继续上升。
(2)质子束的发散角较小，观测到的横向发散角为0.5毫米& middotMrad小于在加速器上加速的质子束的发散角。
(3)高能质子束的获取可能在未来十年内实现。根据布拉诺夫等人的计算结果，在I=10？23?在W/cm2时，质子可以加速到1GeV以上，在I=1026W/cm2和1028W/cm2时，质子能量可以达到100GeV和10TeV。
(4)目前已获得数十兆电子伏质子束，已用于生产PET？18?f等短寿命正电子源，109Bq？18?f源已经可以在PET中使用。
(5)产生200MeV质子并用于用质子治疗癌症。由于其在能量沉积方面的优越性能，以及整个装置的体积小、成本低，在癌症治疗方面有很好的前景，可用于中子照相。目前激光加速产生的质子能量色散为17%。癌症治疗的应用需要发散&；乐；3%左右，所以减少能量发散的工作正在一些实验室进行。
3.3激光产生中子[10，11]
超短超强激光加热氘团簇产生核聚变，已产生104个中子/脉冲或105个中子/焦耳。从激光能量转化为中子的效率来看，相当于美国LLNL上的大型激光NOVA上每焦耳激光的中子产额，比日本大阪大学的大型激光装置Gekko 12上的中子产额大一个数量级。所以它是一个很有发展前景的台式中子发生器，因为这个中子源的时间宽度只有1ps，是一个高中子通量的中子源，可以用于材料科学和中子照相。
氘团簇吸收激光能量后会发生库仑爆炸。应该说库仑爆炸的机理还不清楚，尤其是氘分子和团簇爆炸后产生的氘的小团簇是如何产生氘-氘聚变反应的。还有进一步改进的空间，比如如何使用多束超短超强激光同时照射团簇，或者使用大于50T的脉冲磁场来延缓热等离子体的衰变时间，从而提高中子产额。
超短超强激光与氘化聚乙烯相互作用产生中子。Hilsher等人使用了钛宝石激光器(300mJ，50fs，10Hz，10？18?W/cm2)也产生104个中子/脉冲，约3.3×104个中子/脉冲。104中子。Disdier等人用的是20J，400 fs，5 &；时代；1014W的激光照射CD？2靶，获得107个中子，3.5 &；时代；105中子，这是一个很高的中子产额。他们还需要用500J，500FS，1PW的激光照射CD？2，为了得到更多的中子。
在激光照射CD？2平面靶，除了研究CD里的激光能量？除了沉积在靶上的能量分布之外，如何充分利用沉积能量是一个非常重要的问题。沉积能量的很大一部分被转化为等离子体的动能。在平面靶的情况下，如何设计靶面形状使等离子体的动能对D-D反应的贡献最大？
3.4激光产生硬超短(~100fs)X射线[12]
超短强激光(50mJ，0.5TW，100fs)和50MeV电子束散射可以产生4 nm 4nm，300fs的硬X射线。虽然转换效率不高，但是产生的X射线强度可以在Si表面产生衍射峰，可以用来研究Si的表面转变过程(从固相&:rarr；也可以研究蛋白质折叠动力学。蛋白质的折叠时间为1ns，可以用300fs硬X射线了解其在折叠过程中的状态。
3.5激光产生正电子[13，14]
几兆电子伏的电子被很好地准直，然后投射到高Z靶上，经过三叉戟过程(Z+E-&；rarrZ & amp质数；+2e-+e+)和Bethe-HEitler过程(z+r & amp；rarrZ & amp质数；+e-+e ++ r & amp；质数；)产生正电子，利用重复频率的超短超强激光与高Z靶的相互作用，每个脉冲可以产生2 &；时代；107正电子被减速后存储在一个磁场中，这对基础科学和材料科学的研究非常有用。
4主要问题及分析
这门新兴的交叉学科在世界上只有十几年的历史，但发展非常迅速。从事激光技术和核物理的科学家开始一起举办学术研讨会，参与一些实验。因为是新的增长点，发展很快，更容易发现一些新现象，所以合作的热情也越来越大。随着超短超强激光技术的发展，粒子正在加速运动。核物理？即使在粒子物理学中，也可以做一些有益的工作。我国发展滞后，学科之间的交叉与合作没有真正形成，学科之间的了解与交流不够。所以我们只做了一些交叉学科边缘的工作。按照中国在激光技术和核物理方面的实力，应该可以做更多更好的工作。现在有超短超强激光装置的研究单位很多，但是把它们运行好做好物理工作的成果并不多。
中国的情况和世界差不多，有一个问题，就是从事强激光技术的专家和从事核物理、粒子物理的专家之间的交流？讨论不充分会影响这门交叉学科的发展。
从强场物理到超短超强激光技术，再到其在各个领域的应用，是世界范围内基础科学与技术进步相互促进、相互作用的范例。基础研究的需求，以及光学科学和非线性科学的基础，推动了超短超强激光技术的发展，而高强度激光的发展为物理学的发展提供了一个全新的世界。
参考
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