Ultrashort Time-Integrated Diagnosis of Laser-Heated Deuterium Ions in Dense Plasma via Fusion Neutron Spectra
提出利用百赫兹飞秒激光诱导D(D,n)3He中子谱与飞行时间探测，诊断稠密等离子体中氘离子皮秒尺度温度和角分布，并经PIC模拟验证。
2025-08-31 physics.plasm-ph
Kinetic Corrections to Heat-flow and Nernst advection for Laser Heated Plasmas
研究动理学电子行为对热能和磁场输运影响的简化模型，提出改进的热通量与Nernst平流限制器形式，发现National Ignition Facility聚变实验的Hohlraum模拟对这些修正细节高度敏感。
2024-06-25 physics.plasm-ph
Comments on "Low Q nuclear fusion in a volume heated mixed fuel reactor" by H. Ruhl and G. Korn (Marvel Fusion, Munich)
我们评论的注意“低Q核聚变在体积加热的混合燃料反应堆”的鲁尔和科恩，其中流体动力学寿命的考虑包括在未压缩的聚变燃料目标的点火能量的估计。对于DT聚变的情况，作者得出所需的热点能量为1 MJ。我们指出，他们的Q = 1的估计是不相关的过渡到热核聚变制度，它是基于DT注入硼质子矩阵不考虑所有的后果。应用适当的校正导致所需的激光能量的增加，以启动有用的聚变功率生产，甚至对于DT，进入GJ范围。漫威聚变的目标是使用p-11B聚变反应，根据鲁尔和科恩的乐观估计，这将需要1 GJ的热点能量。如果这是由混合pBDT燃料或分段爆炸方案（而不是激光沉积）提供的，这将意味着快速中子的高相关产生率，以及氚增殖的需要，并将单个激光脉冲产生的能量推向不可管理的维度。
2023-03-17 physics.plasm-ph
Electron-ion and ion-ion potentials for modeling warm-dense-matter: applications to laser-heated or shock-compressed Al and Si
对相互作用U_{ij}（r）通过对分布函数（PDF）确定物质的热力学和线性输运性质，即，g_{ij}（r）。如果U_{ij}（r）可以直接用于通过经典模拟来预测材料性质，避免了多体波函数，则可以实现极大的简化。热致密物质（WDM）处于准平衡状态，在准平衡状态下，电子温度$T_e$与离子温度T_i不同，如激光加热或冲击压缩物质。电子PDF g_{ee}（r）作为扰动的离子被用来评估完全非本地交换相关校正的自由能，使用氢作为一个例子。本文以Al和Si为例，讨论了具有束缚核的离子的电子-离子势，并讨论了具有T_e \ne T_i的WDM的电子-离子势，它适用于短于电子-离子弛豫时间的时间。在某些情况下，电位发展为吸引区域，然后对于较高的$T_e$，变得排斥和“Yukawa样”。这些结果澄清了初始声子硬化和快速释放的起源。对势的冲击加热WDM显示，声子硬化不会发生在大多数这样的系统。定义有意义的准平衡静态输运系数与动态值一致的解决。通过将实验或理论σ（ω，T_i，T_e）外推到ω \to 0似乎得不到有意义的“静态电导率”，除非T_i \to T_e也是如此。本文用赝势、对势和经典积分方程计算了激光加热和冲击加热铝和硅的准静态电阻率R（T_i，T_e）。准静态磁导率在其温度演变中显示出明显的差异，但不是动态值的严格的ω \to 0极限。
2012-09-04 cond-mat.other physics.plasm-ph
Laser propagation in a highly magnetized over-dense plasma
从基本方程出发，研究了右旋圆偏振激光在高磁化过密碰撞等离子体中的传输。密度为10^23 cm^-3的高度磁化等离子体在一纳秒内被中等辐照度约为10^14 Wcm^-2的Nd：YAG激光从100 eV有效地加热到1 keV，加热深度约为20 μ m。
2020-10-11 physics.plasm-ph
Unified Model of Heated Plasma Expansion
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Center for High Energy Density Science（高能密度科学中心）；Tau Systems Inc（Tau系统公司）
本文提出了一种统一模型，用于描述加热等离子体在真空中的扩展行为，通过自相似解分析不同动态阶段，并提出标度关系以优化激光-等离子体实验设计。
2026-02-09 physics.acc-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Interaction of thin tungsten and tantalum films with ultrashort laser pulses: calculations from first principles
通过全势能带结构计算，研究了超短激光脉冲与钨、钽薄膜的相互作用。我们的计算表明，在相对较低的吸收能量（电子温度$T_e$ $\lesssim$ 7 kK），钽的晶格经历明显的硬化。在这些条件下，硬化导致钽完全熔化阈值的变化。计算表明，对于等容加热的Ta膜，如果这种硬化真的发生，完全熔化阈值将至少高出25%。它也表明，W和Ta晶体的体心立方结构变得动态不稳定时，电子子系统被加热到足够高的温度（$T_e$ $>$ 22 kK）。这导致它们在亚皮秒时间尺度上完全熔化。
2023-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Observation of inhibited electron-ion coupling in strongly heated graphite
通过时间分辨的能量弛豫测量，创建具有高度不相等的电子和晶格温度的物质的非平衡态允许对电子和离子之间的动态耦合的无与伦比的洞察。最近对低温激光加热石墨的研究表明，与其他材料相比，它具有复杂的能量交换。为了避免与表面制备，晶体质量和对能量沉积和传输机制的理解不足有关的问题，我们应用不同的能量沉积机制，通过激光加速质子，等容和非辐射加热宏观石墨样品到接近熔化阈值的温度。使用时间分辨的X射线衍射，我们显示了一个非常小的电子-离子能量转移的明确证据，产生约三倍长的弛豫时间比以前报道的。这表明在非平衡态的热稠密物质中存在能量传递的瓶颈。
2013-03-06 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Ablation Holes in Tape Targets Induced by Ultra-Intense Laser Pulses
本研究针对超强激光与带靶作用的通孔尺寸预测问题，提出基于电子-电子碰撞传热驱动靶材蒸发的理论模型，可准确复现VEGA-3激光器相关实验结果。
2022-08-30 physics.plasm-ph
Weibel instability-mediated collisionless shocks in laser-irradiated dense plasmas:Prevailing role of the electrons in the turbulence generation
本文采用粒子模拟方法研究了超高强度激光脉冲驱动下稠密等离子体中无碰撞湍流激波的产生。从线性分析中，我们强调了激光加热和返回电流电子在触发强烈的韦伯不稳定性中的关键作用，从而产生能够各向同性靶离子的磁湍流。
2015-02-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Spin-polarized ${}^3$He shock waves from a solid-gas composite target at high laser intensities
针对 $a_0=100-200$ 的强激光脉冲，本文通过固体碳箔与氦靶复合结构的 2D-PIC 模拟，实现自旋极化 ${}^3$He 的无碰撞冲击波加速，并发现辐射反作用可提高束流电荷且基本保持极化度。
2023-12-04 physics.plasm-ph
Comments to "High current ionic flows via ultra-fast lasers for fusion applications" by H. Ruhl and G. Korn (Marvel Fusion, Munich)
我们评论Marvel Fusion的建议，即使用超短，强激光脉冲撞击纳米结构的目标，以产生热离子，最终目标是通过p-11B聚变反应产生能量。我们展示了如何对加热区域的线密度的最低要求，也出现了这样的计划，旨在点火或只是光束能量放大，这已经为D-T反应是禁止的，如果没有预压缩的目标是预见的。我们的结论是，先进的超短激光脉冲可以用于聚变应用，只有当聚变反应时间可以降低到足够短的值。这只能通过靶的强预压缩来实现，这似乎难以与纳米结构靶协调，特别是与支持者所示的燃料组件几何形状协调。
2023-02-03 physics.plasm-ph
Short Intense Laser Pulse Collapse in Near-Critical Plasma
据观察，一个强烈的超短激光脉冲与过密的气体射流的相互作用的结果在脉冲崩溃和沉积的显着部分的能量在一个小的和良好的本地化的体积中的气体射流的上升部分，在那里的电子被有效地加速和加热。在时间和空间上光学监测了以亚相对论速度（~c/3）膨胀超过150微米的无碰撞等离子体，并将其归因于与热电子流相关的气体的准静态场电离。与观测结果吻合良好的数值模拟表明，相对论电子的坍缩区域加速，以及一个相当大的磁偶极子的激发，维持电子电流超过几皮秒。讨论了直接从气体射流中产生高重复频率离子束的前景。
2012-09-12 physics.plasm-ph
Strong surface magnetic field generation in relativistic short pulse laser-plasma interaction with an applied seed magnetic field
虽然等离子体往往表现出抗磁性，我们证明了一个薄的不透明的目标与嵌入式目标横向种子磁场$B_\mathrm{seed}$的激光照射可以触发一个数量级的更强的磁场的产生与相反的符号在目标表面。强表面场产生发生在激光脉冲相对论强度时，并且是由与穿过靶的激光加热电子的回旋加速器旋转相关的电流和冷电子的补偿电流引起的。我们推导出一个预测缩放为这个表面场的生成，$B_\mathrm{gen} \sim - 2 πB_\mathrm{seed} Δx/λ_0$，其中$Δx$是目标厚度和$λ_0$是激光波长，并进行一维和二维粒子在细胞模拟，以确认其适用性在很宽的条件范围。我们还表明，种子和表面产生的磁场可以有一个强烈的影响，应用相关的等离子体动力学，例如，从$μ$ m厚的激光照射的目标与千特斯拉级种子磁场的整体膨胀和离子加速大幅改变。
2020-07-16 physics.plasm-ph
Development of the Thomson scattering measurement system for cascade arc device with indirectly heated hollow cathode
本文开发了一套用于级联电弧等离子体窗口装置的汤姆孙散射测量系统，成功测量了阴极下游20 mm处的电子密度和温度，为压力分离能力研究提供了关键数据。
2023-10-11 physics.plasm-ph
Enhanced laser-driven proton acceleration via improved fast electron heating in a controlled pre-plasma
超强激光脉冲与固体的相互作用在很大程度上受到真空-固体界面处的等离子体梯度的影响，该等离子体梯度改变了吸收并最终控制了加热电子的能量分布函数。一个微米尺度长度的等离子体已被预测产生一个显着的增强的能量和重量的快速电子人口和发挥主要作用，在激光驱动的质子加速与薄箔。本文报道了最近在超相对论强度下激光与箔靶相互作用加速质子的实验结果。我们发现，当用低能量飞秒预脉冲辐照引入微米尺度长度的预等离子体时，质子截止能量增加了三倍。我们的现实的数值模拟同意所观察到的质子截止能量的增益，并确认随机加热的快速电子的加速鞘场的增强的作用。
2021-06-01 physics.plasm-ph
Birefringence in thermally anisotropic relativistic plasmas and its impact on laser-plasma interactions
在相对论强度下，激光与等离子体相互作用所引发的范式转换现象之一就是所谓的相对论透明现象。当电子被激光加热到相对论能量时，等离子体变得对激光透明，即使在非相对论情况下等离子体密度足够高以反射激光脉冲。本文重点介绍了相对论透明性对激光-物质相互作用的影响，重点是与相对论透明性的发生有关的集体现象：热各向异性相对论等离子体中的等离子体双折射。这种系统的光学特性取决于光的偏振，这可以作为基于等离子体的光学器件或新诊断能力的基础。
2020-06-12 physics.optics physics.plasm-ph
Fast collisional electron heating and relaxation in thin foils driven by a circularly polarized ultraintense short-pulse laser
良好的热化，热的和致密的等离子体的创建是有吸引力的热致密物质的研究。利用粒子模拟方法研究了超强超短激光脉冲在固体铜靶中的碰撞诱导能量吸收。我们发现，在照射由一个$2\times10^{20}{\rm\,W\,cm^{-2}}$强度，$60{\rm\,fs}$持续时间，圆偏振激光脉冲，在碰撞模拟的电子迅速达到一个良好的热化分布与${\sim}3.5{\rm\,keV}$温度，而在无碰撞模拟的吸收弱几个数量级。圆极化抑制超热电子的产生，同时确保通过逆韧致辐射有效的体加热，这是一种在相对论激光强度下通常被忽视的机制。考虑碰撞电离和场电离的另一个模拟产生了类似的结果：大量电子被加热到${\sim}2.5{\rm\,keV}$，但与预设的固定电离情况相比，热化程度略低。碰撞吸收机制被发现是强大的对激光参数的变化。在固定的激光脉冲能量下，增加脉冲持续时间而不是强度导致更高的电子温度。
2020-04-28 physics.plasm-ph
Extreme matter compression caused by radiation cooling effect in gigabar shock wave driven by laser-accelerated fast electrons
用激光加速的快电子加热固体是实验室实验中产生几百甚至上千毫巴压力的平面强冲击波的独特方法。在如此强大的冲击波的前面，稠密的等离子体被加热到几keV的温度。然后，即使在低$Z$等离子体中也会发生高速率的辐射能量损失。在计算和理论研究中发现，在快电子驱动的吉巴冲击波中，由于辐射冷却，物质会受到强烈的压缩。结果表明，辐射冷却的作用使激波边缘区物质的密度比激波前沿的密度大几倍。通过激光加速的快电子的petawatt通量加热固体，可以超过平面冲击波的千兆巴压力水平，这是激光加速弹丸撞击的最高水平。在实验室条件下，只有当球形靶在太瓦激光脉冲作用下内爆时，才能达到约100 Gbar的更高压力。
2021-02-15 physics.plasm-ph
Proton-Boron Fusion Yield Increased by Orders of Magnitude with Foam Targets
本研究提出掺硼泡沫靶结合激光驱动的新型强束流聚变方案，通过TNSA机制产生质子束作用于等离子体靶，实现质子-硼聚变产额较经典预期最高提升四个数量级，为无中子聚变点火提供新途径。
2023-08-21 physics.plasm-ph
Theory of terahertz emission from femtosecond-laser-induced micro-plasmas
对激光诱导气体等离子体产生太赫兹波进行了理论研究。这项工作的强烈动机是最近的实验结果的微等离子体，但我们的一般发现并不限于这样的配置。电子和离子由中性原子的隧道电离产生，产生的等离子体由碰撞加热。电子由电磁、对流和扩散源驱动，并产生宏观电流，这是太赫兹发射的原因。该模型自然包括两个，电离电流和过渡切伦科夫机制太赫兹发射，这通常是单独研究的文献。后一种机制被证明是占主导地位的单色多周期激光脉冲，观察到的太赫兹辐射源于纵向电子电流。然而，我们发现，经常讨论的振荡在等离子体频率不太赫兹发射光谱的贡献。为了预测的转换效率与脉冲能量和聚焦条件的缩放，我们提出了一个简化的描述，是在严格的粒子在细胞模拟非常一致。
2016-09-09 physics.plasm-ph
Shake-off in XFEL heated solid density plasma
首次在XFEL加热的固体密度等离子体中观察到shake-off过程，发现L壳层电子的shake-off持续至10 eV并遵循固体预测概率，表明等离子体模型需包含该过程以正确解释发射光谱。
2025-01-28 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Probing ultrafast laser plasma processes inside solids with resonant small-angle X-ray scattering
物质的极端状态存在于整个宇宙中，例如行星核心，恒星或天体物理喷流。这种条件是在实验室中通过强激光与固体的相互作用产生的，其演变可以使用超短X射线脉冲以飞秒精度进行探测，以研究实验室天体物理学、激光聚变研究或紧凑粒子加速。X射线散射（SAXS）图案和它们在原子束缚-束缚跃迁的X射线能量处发生的不对称性包含关于密度、电离和温度的体积纳米级分布的信息。在高强度激光照射的固体中，掩埋的重离子结构在热扩散后在纳米尺度上膨胀，并被加热到超过200万开尔文。这些实验证明了共振SAXS的目的是更好地表征极端实验室等离子体中的动态过程。
2020-12-14 physics.plasm-ph
Enhanced x-ray emission arising from laser-plasma confinement by a strong transverse magnetic field
我们分析，使用实验和三维MHD数值模拟，等离子体的动力学和辐射特性的激光烧蚀（1 ns，10 $^{12}$-10 $^{13}$ W/cm $^2$）从固体靶，因为它扩展到一个均匀的，强磁场（高达30 T）横向于其主膨胀轴。我们发现，只要2 ns后开始的膨胀，等离子体成为约束的磁场。随着磁场强度的增加，更多的等离子体被限制在靶附近并通过磁压缩被加热。我们还观察到一个致密的平板，在~ 8 ns后迅速膨胀到真空中;然而，这个平板只包含总等离子体的~ 2%。由于受限等离子体的较高密度和增加的加热，存在由磁化引起的总X射线发射率的净增强。
2020-06-22 physics.plasm-ph
Preservation of $^3\mkern-2mu$He ion polarization after laser-plasma acceleration
Peter Grünberg Institute, Forschungszentrum Jülich GmbH（彼得·格林贝格研究所，于利希研究中心）；Laser and Plasma Physics Institute, Heinrich Heine University Düsseldorf（激光与等离子体物理研究所，杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）；ExtreMe Matter Institute EMMI, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung（极端物质研究所EMMI，GSI重离子研究中心）；Nuclear Physics Institute, Forschungszentrum Jülich GmbH（核物理研究所，于利希研究中心）；Stabsstelle Arbeitssicherheit, Forschungszentrum Jülich GmbH（安全工作处，于利希研究中心）；Central Institute for Engineering, Electronics and Analytics, Forschungszentrum Jülich GmbH（工程、电子与分析中央研究所，于利希研究中心）；Institute for Advanced Simulation, Jülich Supercomputing Centre, Forschungszentrum Jülich GmbH（先进模拟研究所，于利希超级计算中心，于利希研究中心）
研究验证了氦-3离子在激光等离子体加速后极化保持，为高能激光设施的极化靶实验提供新证据。
2024-11-14 nucl-ex physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulations of laser-plasma interactions at solid densities and relativistic intensities: the role of atomic processes
强激光与固体相互作用的直接研究仍然是一个巨大的挑战，因为许多耦合的物理机制，如直接激光加热，电离动力学，带电粒子之间的碰撞，静电或电磁不稳定性，仅举几例。在这里，我们提出了一个完整的粒子模拟（PIC）框架，这使我们能够计算激光固体相互作用的“第一性原理”的方式，几乎涵盖了“所有”的耦合物理机制。除了上述机制，数值自加热的PIC模拟，这通常出现在固体密度等离子体，也很好地控制所提出的“分层密度”方法。这种方法可以很容易地实现到国家的最先进的PIC码。特别是，在相对论强激光-固体相互作用中，在大尺度预形成等离子体的存在下，电子加热/加速的重新研究的PIC代码。结果表明，碰撞阻尼（即使它是非常弱的）可以显着影响电子加热/加速在前面的目标。此外，当固体被剧烈加热和电离时，韧致辐射将增强$2\sim3$倍。对于所考虑的情况下，其中激光强度为$10^{20}\ \text{W}/\text{cm}^2$和预等离子体在固体靶的前面的尺度长度为$10\ μ\text{m}$，碰撞阻尼耦合电离动力学和韧致辐射被示出降低“截止”电子能量由$25\%$。此外，欧姆加热产生的电阻性电磁场也起着不可忽略的作用，必须考虑到真实的激光-固体相互作用。
2017-03-15 physics.plasm-ph
Energy coupling in intense laser solid interactions: material properties of gold
本研究使用LAPINS代码和三阶段模型，探讨了金锥靶中电离、碰撞及吹除等离子体对快电子产生和激光能量吸收率的影响，揭示了碰撞的双面性及真空鞘场的作用机制。
2023-05-31 physics.plasm-ph
Monoenergetic proton beams accelerated by a radiation pressure driven shock
由强激光脉冲产生的高能离子束（> MeV）由于其独特的性质（诸如高电荷、低发射度、紧凑性和易于束输送）而有望成为常规离子束源的可行替代方案。通常，加速是由于激光加热的固体箔的快速膨胀，但这通常导致具有大能量扩散的离子束。到目前为止，能量扩散的控制只能以减少电荷和增加复杂性为代价来实现。辐射压力加速（RPA）提供了一种替代途径，以产生激光驱动的单能离子束。在本文中，我们表明，强红外激光与气态氢靶相互作用可以产生小能量扩展（~ 4%）和低本底的质子谱。质子能量与强度密度比（I/n）的关系表明，加速是由辐射压力驱动的临界面打孔产生的冲击波引起的。这些是第一个高对比度的单能束，已从RPA理论化，并使他们非常理想的许多离子束应用。
2010-06-18 physics.plasm-ph
Mapping the Electronic Structure of Warm Dense Nickel via Resonant Inelastic X-ray Scattering
高亮度自由电子激光（FEL）的发展彻底改变了我们在高能量密度（HED）领域创造和研究物质的能力。目前的诊断技术已经非常成功地产生基本的热力学等离子体性质的信息，但提供有限的或间接的信息，这些系统的详细的量子结构，以及它是如何受到电离动力学。在这里，我们展示了如何固体密度镍的电子结构，加热到10的电子伏特的飞秒时间尺度上的温度，可以研究共振（拉曼）非弹性X射线散射（RIXS）使用直线加速器相干光源自由电子激光。我们提出了单次测量的价态密度在X射线加热的瞬态系统，并提取同时电子温度，电离和电离势能。RIXS光谱提供了关于HED系统的价态结构的丰富信息，这些信息超出了可以单独从X射线吸收或发射光谱提取的信息。
2020-10-26 physics.plasm-ph
Electron heating and radiation in high aspect ratio sub-micron plasma generated by an ultrafast Bessel pulse within a solid dielectric
当超快贝塞尔光束在超导体内部传播时，会产生一个高纵横比的等离子体圆柱体，其直径为纳米级，延伸范围为几十微米到厘米。利用粒子模拟方法研究了强超快激光脉冲与等离子体棒的相互作用。我们表明，电子被加热和加速到千电子伏的能量，通过过境加速内的共振波瓣在临界表面附近，并计算其辐射图案。
2023-01-06 physics.plasm-ph
Spallative ablation of dielectrics by X-ray laser
从红外线到X射线的宽波长范围内的短激光脉冲扰乱了电子-离子平衡，并升高了加热层中的压力。本文考虑了脉冲宽度$τ_L$小于声弛豫时间$t_s$的情况。结果表明，这种短脉冲可以引起热机械现象，如剥离烧蚀，而与波长无关。而电子-离子随波长弛豫的物理学和物质的各种电子光谱：半导体和电介质中存在具有能隙的光谱，而金属中存在无能隙的连续光谱。本文描述了从膨胀、成核、发泡和纳米结构化到喷射的整个热机械过程，特别注意X射线脉冲喷射。
2009-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics physics.plasm-ph
Magnetized Fast Isochoric Laser Heating for Efficient Creation of Ultra-High-Energy-Density States
对惯性约束聚变（ICF）点火的追求是一个巨大的挑战，特别是大型激光设施。利用高强度短脉冲激光对预压缩等离子体核心进行快速等容加热是一种有吸引力的替代方法，可以产生像ICF点火火花那样的超高能量密度状态。这避免了由热火花与周围冷燃料混合引起的点火淬熄，这是当前追求的点火方案的关键问题。高强度激光器有效地产生相对论电子束（REB）。一部分REB动能沉积在堆芯中，然后被加热的区域变成热火花触发点火。然而，只有一小部分REB与核心碰撞，因为它的大发散。在这里，我们已经证明了增强的激光与核心的能量耦合与磁化快速等容加热。该方法采用从REB产生点到芯施加到传输区域的千特斯拉级磁场，这导致沿着磁场线将REB引导到芯。7.7即使使用相对小的径向面积密度芯（$\pm$ $\sim$ 0.1 g/cm $^2$），也实现了最大耦合的1.3%。通过使用Cu- $K_α$成像技术，在预压缩的核心中清楚地可视化引导的REB运输。一个简化的模型加上全面的诊断产生6.2%的耦合，同意相当与实测耦合。该模型还揭示了一个点火规模的面密度核心（$ρR$ $\sim$ 0.4 g/cm $^2$）导致更高的激光-核心耦合（$>$ 15%），这是远远高于目前的方案所实现的。
2017-12-16 physics.plasm-ph
Single-shot multi-keV X-ray absorption spectroscopy using an ultrashort laser wakefield accelerator source
利用激光尾场加速器产生的多keV X射线进行了单次吸收测量。用200 TW激光器驱动激光尾流场加速器，产生最大能量超过1 GeV、发散角为$\approx15$毫弧度半高宽的宽带电子束。这些电子的Betatron振荡在5 keV区域产生$1.2\pm0.2\times10^6$光子/eV，具有约300：1的信噪比。这足以允许在Single Shot中在钛样品的K边缘处进行高分辨率XANES测量。我们证明，这个源是能够单次拍摄，同时测量的电子和离子分布的物质加热到电子伏特的温度与DFT模拟比较。高通量、大带宽、几飞秒持续时间的X射线脉冲与高功率激光同步的独特组合将使超快能量过程（如电子-离子平衡）的研究取得关键进展。
2019-12-05 physics.ins-det physics.plasm-ph
Multi-scale magnetic field structures in an expanding elongated plasma cloud with hot electrons subject to an external magnetic field
我们进行3D和2D PIC模拟的磁化等离子体的膨胀，最初均匀地填充半空间，并包含一个半圆柱形区域的加热电子沿等离子体边界的表面拉长。例如，这种几何形状与飞秒激光束在准圆柱形聚焦下对平面目标的烧蚀有关。我们发现非均匀等离子体-真空间断的衰减受平行于其边界的外部磁场的强烈影响。我们观察到各种瞬态现象，包括电子的各向异性散射和随之而来的韦伯不稳定性，并揭示所产生的磁场和电流，包括多个飞离灯丝的z箍缩型和缓慢发展的电流片不同的方向的各种空间结构。自生磁场的大小可以是外部磁场的量级或显著超过外部磁场的量级。这种现象预计将出现在激光和宇宙等离子体中，包括行星磁层和恒星日冕拱中的爆炸过程。
2022-03-14 physics.plasm-ph
Exotic dense matter states pumped by relativistic laser plasma in the radiation dominant regime
高能量密度等离子体的性质近年来受到越来越多的关注，因为它们对我们理解恒星内部、巨行星$^{1}$的核心以及惯性约束聚变装置$^2$中热等离子体的性质具有重要意义。当物质被X射线加热时，内壳层中的电子在价电子之前被电离。由内而外的电离产生了内部电子壳层为空的原子或离子，称为空心原子（或离子）$^{3,4,5}$。自由电子激光（FEL）技术的最新进展$^{6,7,8,9}$已经使得产生主要由空心原子组成的凝聚态物质成为可能。在这封信中，我们证明，这种奇异的物质状态，这是非常远离平衡，也可以形成更传统的光学激光技术时，激光强度接近辐射主导制度$^{10}$。这种光子主导的系统是相关的研究发现在活动星系核和X射线双星$^{11}$的光电离等离子体。我们的研究结果促进激光产生的等离子体作为一个独特的超亮x射线源，为未来的研究在极端条件下的物质，以及为生物系统的射线照相和材料科学研究$^{12,13,14,15}$。
2012-06-27 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Influence of CO2-laser pulse parameters on 13.5 nm extreme ultraviolet emission features from irradiated liquid tin target
研究了不同能量和脉宽的CO_2激光脉冲辐照直径为150 μ m和180 μ m的液态锡液滴时产生的激光等离子体。利用二维辐射磁流体动力学（RMHD）等离子体程序模拟了多电荷离子锡LPP的发射和等离子体动力学。各种激光脉冲宽度和75-600毫焦耳的脉冲能量与高斯和实验采取的时间分布的模拟结果进行了讨论。结果表明，当靶的质量足够大时（所考虑的情况），会形成一种动态准稳态等离子体流。在这种动态准稳态等离子体流中，在液态锡液滴和临界层的低密度等离子体之间形成质量密度为1- 2g/cm 3的相对冷的锡蒸气的夹层。锡蒸气从液滴中的膨胀提供了到临界层的等离子体通量。在临界层中，等离子体被加热并膨胀得更快。在利用球形液态锡靶的模拟结果中，对于14 GW/cm 2的相等激光强度，对于30 ns FWHM，进入2 $π$的CE为4%，并且对于240 ns FWHM仅略低-为3.67%。带内EUV产率随激光脉冲持续时间的这种轻微衰减是由来自靶的膨胀等离子体的辐射再吸收的增加来调节的，因为用较长的脉冲产生更冷的等离子体。计算的带内EUV发射的方向图允许优化收集器配置。
2021-09-07 physics.app-ph physics.plasm-ph
Multi-messenger dynamic imaging of laser-driven shocks in water using a plasma wakefield accelerator
本文提出一种双探针多信使激光尾场加速器平台，以1 Hz频率结合超快X射线与相对论电子束探测激光驱动水靶冲击演化，揭示冲击压缩形态及电磁场中的电荷分离与离子分化现象，证明混合物理模型对聚变等离子体预测的必要性。
2025-07-03 hep-ex physics.plasm-ph
Comprehensive analysis of spherical bubble oscillations and shock wave emission in laser-induced cavitation
球形激光诱导空化气泡在水中的动力学研究等离子体摄影，时间分辨阴影，和单发探针光束散射，使描绘从初始的非线性到后期的线性振荡的过渡。后期振荡的频率产生气泡的气体含量。模拟与吉尔摩模型使用等离子体的大小作为输入和振荡时间作为拟合参数提供的见解实验上无法访问的气泡参数和冲击波发射。该模型是由一个长期覆盖的初始冲击驱动的气泡壁的加速，一个自动化的方法确定冲击波前的位置和压力衰减，和吸收的激光能量的汽化，气泡和冲击波能量的分区的能量平衡，并通过粘度和冷凝耗散。这些工具用于分析覆盖102个振荡周期的散射信号。气泡由平均温度为1550 K的等离子体产生，最大半径为36 $μ$ m。膨胀过程中气泡壁面速度的预测值与实验值吻合较好。在第一次崩溃时，大部分能量储存在气泡周围的压缩液体中，然后通过声学辐射出去。坍塌的气泡含有更多的蒸汽而不是气体，其压力为13.5 GPa。反弹冲击波的压力最初衰减$\propto r^{-1.8}$，和能量耗散在冲击波阵面加热气泡壁附近的液体以上的极限。冲击引起的温度升高降低了后期气泡振荡期间的阻尼。对于半径小于10 $μ$ m的小气泡，气泡动力学变化显著。
2021-09-09 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A laser-plasma platform for photon-photon physics
我们描述了一个用于光子-光子碰撞实验的激光等离子体平台，以测量基本的量子电动力学过程，如用真实光子的线性Breit-Wheeler过程。该平台是使用卢瑟福阿普尔顿实验室的双子座激光设施开发的。激光尾场加速器和韧致辐射加速器用于产生具有数百MeV能量的准直光子束，其与由激光加热的等离子体靶产生的keV X射线光子碰撞。为了检测由光子-光子碰撞产生的粒子对，已经开发了一种磁传输系统，该系统将粒子对引导到基于闪烁的和混合硅像素单粒子探测器上。我们目前的调试结果从一个实验活动，使用这个激光等离子体平台的光子-光子物理，演示成功产生的两个光子源，表征的磁传输系统和校准的单粒子探测器，并讨论了该平台的可行性Breit-Wheeler过程的观察。该平台的设计也将作为强场量子电动力学过程的研究基础，如非线性Breit-Wheeler和三叉戟过程，或最终光子-光子散射。
2021-07-05 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Time-resolved XUV Opacity Measurements of Warm-Dense Aluminium
等离子体中的自由-自由不透明度是理解恒星内部能量输运和惯性约束聚变研究的基础。然而，在具有挑战性的稠密等离子体制度的理论预测是相互矛盾的，有一个准确的实验数据，以允许直接模型验证的缺乏。在这里，我们提出了时间分辨透射测量固体密度铝加热的XUV自由电子激光。我们使用一种新型的函数优化方法直接从单次测量的过采样池中提取与温度相关的吸收系数，并发现当等离子体加热到费米能量量级的温度时，不透明度显着增强。等离子体加热和不透明度增强的超快时间尺度上观察到的飞秒XUV脉冲的持续时间内。我们把ps时间尺度上不透明度的进一步上升归因于融化和热密度物质的形成。
2020-01-18 physics.comp-ph physics.data-an physics.plasm-ph
A Nuclear-Based Diagnostic Scheme for Nonthermal Ion Spectrum in High Energy Density Plasmas Experiments
本文证明了能量分布偏离麦克斯韦分布的等离子体系统中的核反应具有一些独特的性质，包括产物能谱的性质。在此基础上，提出了一种测量高能密度等离子体中非热离子能谱的新的核诊断方案，其中非热离子能谱的有效温度和谱峰由产物能谱的谱宽和谱峰唯一确定.然后，以激光驱动的磁重联实验为例，根据耦合质子硼（pB）聚变反应的粒子模拟结果，pB反应速率提高了4个数量级;同时，产物谱峰和谱宽向更高能量移动，偏离热平衡假设的预测，这两种现象都是由于超热质子在磁重联中的加速和加热。通过对一系列模拟结果的分析，找到了适用于激光驱动磁重联参数范围的新的乘积谱分析方法。
2022-11-18 physics.app-ph physics.plasm-ph
Formation of high-aspect-ratio nanocavity in LiF crystal using a femtosecond of x-ray FEL pulse
研究证明单个 9-keV 飞秒 X 射线 FEL 脉冲可在 LiF 中形成微米直径、约 1 mm 长的高深径比空腔，并结合模拟揭示 TPa 级冲击致空腔机制。
2024-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Bounding elastic photon-photon scattering at $\sqrt s \approx 1\,$MeV using a laser-plasma platform
利用激光等离子体平台产生的高能伽马光子与X射线碰撞，在质心能量约1 MeV处搜寻弹性光子-光子散射，未观测到能谱变化，从而给出了该能区迄今最低的散射截面上限。
2025-02-02 hep-ex hep-ph physics.plasm-ph
