Femtosecond laser pulse induced Coulomb explosion
R. Annou, V. K. Tripathi
在爆炸理论的基础上，重新讨论了库仑爆炸。测定了库仑爆炸的离子动能、能量分布函数、激光吸收长度和中子产额等特性。该模型合理地解释了实验结果。
Coulomb explosion is revisited on the basis of explosion theory. The characteristics of the Coulomb explosion such as the ion kinetic energy, the energy distribution function, the laser absorption length along with the neutron yield are determined. The model explains reasonably well the experimental results.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Silicon clusters produced by femtosecond laser ablation: Non-thermal emission and gas-phase condensation
利用飞秒激光在真空中烧蚀体硅产生了中性硅团簇Si_n（n = 7）及其阳离子Si_n+（n = 10），并利用飞行时间质谱对其进行了研究。在烧蚀羽流中可以清楚地分辨出两种不同速度和丰度分布的Si_n ~+团簇。讨论了团簇形成的可能机制（库仑爆炸、气相凝聚、相爆炸）。
Coulomb cluster explosion boosted by a quasi-dc pulse -- diagnostic tool and ultimate test of laser fusion efficiency in clusters
为了大幅度提高激光引发氘团簇库仑爆炸中核聚变产生的中子的输出，我们提出用准$dc$电脉冲将产生的离子加速到$D^+ + D$碰撞截面最大的能量。用$D^+$离子轰击然后轰击富氘固态阴极，这允许通过（a）完全去除阻碍离子核的库仑爆炸的电子云，（b）利用高达100%的团簇离子与高密度填充核碰撞，以及（c）在单次$D^+ + D$碰撞中达到中子产生的高度增加的横截面，特别是通过使用多层靶。我们还考虑使用E脉冲加速诊断的目的。
Spatial correlations in finite samples revealed by Coulomb explosion
我们表明，快速去除许多电子揭示了初始相关的原子在一个有限的样品通过一个明显的峰值在爆炸离子的动能谱。这个最大值是离散粒子系统的组成与其边界之间复杂相互作用的结果。峰值的形成可以用分析的方法来描述，允许超出平均场参考模型的相关性。它可以用来自第四代光源的短而强的光脉冲进行实验检测。
Coulomb explosion of "hot spot"
本文的研究表明，箍缩内爆实验中探测到的硬X射线和高能离子的产生，可能与材料从箍缩交叉点流出所形成的热点的库仑爆炸有关。在材料流出的过程中，热点等离子体的温度升高，并且等离子体电子变得连续加速的条件出现。电子从热点区域的逃逸导致正空间电荷在该区域的积累，随后发生库仑爆炸。揭示了热点等离子体电子连续加速的条件，并对库仑爆炸产生的离子的动能进行了估算。
Coulomb explosion of uniformly charged spheroids
提出了一个简单的、半解析的均匀带电椭球体非相对论库仑爆炸模型。这个模型使我们能够推导出随时间变化的粒子能量分布。给出了极端长椭球和扁椭球极限以及球体极限的特征爆炸时间和最大粒子能量的简单表达式。粒子模拟的结果被发现是非常好的协议与模型。
Femtosecond pumping of nuclear isomeric states by the Coulomb collision of ions with quivering electrons
核异构体的高效生产对于核时钟、核电池、清洁核能和核γ射线激光等开创性应用至关重要。然而，由于小的生产截面和快速衰变，由于低的束流强度，通过传统的加速器或反应器获得大量的具有短寿命的异构体是极其困难的。在这里，我们首次在实验上提出了飞秒泵浦核同质异能态的库仑激发离子与激光场诱导的电子。在100太瓦的台式激光系统中，以2.34*10^15粒子=s的峰值效率产生了83 Kr的第三激发态上的原子核。这可以用近固体密度下激光脉冲与团簇相互作用过程中电子对离子的库仑激发来解释。这种高效和通用的生产方法可以广泛用于泵浦激发态寿命低至皮秒的同位素，并可能有利于核跃迁机制和核γ射线激光等领域。
Characteristics of ion beams by laser acceleration in the Coulomb explosion regime
在库仑爆炸加速区，具有窄能量范围的离子束呈现具有一定直径的薄壳形状。离子云具有这些具有不同能量的离子束的分层结构。在斜入射激光中，离子束在激光倾斜方向和垂直于激光倾斜方向上的发散角是不同的。这表明激光脉冲的光斑直径越小，离子束的发散度越大。此外，理论公式产生的离子束的半径和能量谱，它们被证明是符合良好的模拟结果。
Directed Coulomb Explosion regime of ion acceleration from mass limited targets by linearly and circularly polarized laser pulses
本文研究了超薄双层（高Z/低Z）质量限制靶离子加速的定向库仑爆炸机制。在这种情况下，激光脉冲从被照射的光斑中抽空电子，并在激光脉冲传播的方向上加速剩余的离子核。然后，移动的离子核由于过量的正电荷而爆炸，形成移动的电荷分离场，该电荷分离场加速来自第二层的质子。质量有限目标的利用增加了加速的有效性。为了保证线偏振脉冲和圆偏振脉冲的最佳加速效果，应选择不同的激光靶结构参数。
Study on Coulomb explosions of ion mixtures
本文研究了由两种不同离子组成的球形纳米等离子体的库仑爆炸动力学。特别注意已经致力于研究具有较大的电荷质量比的离子的能谱。冲击壳层的形成和离子的能量扩散之间的联系一直是详细分析的对象，表明在特定条件下，渐近能谱的宽度趋于变得非常窄，这导致多值离子相空间。产生准单能离子谱的条件已被严格证明和验证的数值模拟，使用的技术，利用球对称的问题，允许一个获得非常准确和精确的结果。
Directed Coulomb explosion effect on proton acceleration by an intense laser pulse from a double-layer target
我们用100太瓦的激光脉冲照射双层靶来研究离子加速。它示出的分析和三维粒子在细胞中的模拟，更高的能量的质子是通过使用具有高的电荷质量比的双层靶的第一层中的材料获得的，因为在这样的材料中发生强烈的库仑爆炸。结果，质子在更长的时间内保持加速。使用最佳条件的目标，它表明，高能量和高质量的质子可以产生。
Simulating fusion reactions from Coulomb explosions within a transport approach
本文用输运方法研究了强激光诱导氘团簇库仑爆炸的核聚变反应。采用随机方法，将D+D $\rightarrow$ n + He $^3$通道作为非弹性碰撞，用反应速率方程标定了箱系统模拟的中子产额。通过与现有理论极限的比较证明了单个团簇的库仑爆炸的合理性，然后我们研究了具有不同团簇数和团簇中不同氘数的系统的库仑爆炸动力学。我们发现，在最后阶段的氘核的动能谱是不同的，当中子大量产生，相应的显着不同的反应速率。我们还根据直观的参数化形式将中子产额结果从小系统外推到大系统，并与现有的实验结果进行了比较。本框架可以通过引入更多的通道来扩展，并有助于进一步研究更高能量下等离子体系统中的核聚变反应。
Ionization and Coulomb explosion of Xenon clusters by intense, few-cycle laser pulses
用峰值强度为5 $\times$ 10 $^{14}$ W cm $^{-2}$的800 nm超短强脉冲激光（12 fs，$\sim$ 4个光周期）辐照气相电子轰击$_n$团簇（$n$ =500- 25，000），以诱导多次电离和随后的库仑爆炸。爆炸离子的能量分布测量在几个周期的域，不允许足够的时间进行库仑驱动的膨胀的集群。这导致整体动态似乎与多周期制度中的动态有很大不同。一个表现是，测量到的最大离子能量比使用相同强度的较长脉冲时获得的能量低得多。离子产率是集群大小无关，但极化依赖于它们是显着更大的极化时，垂直于检测轴比沿it. This意想不到的行为是定性合理化的空间各向异性屏蔽效应引起的集群内的电子电荷云。
Thermal and chaotic distributions of plasma in laser driven Coulomb explosions of deuterium clusters
在这项工作中，我们探讨的可能性，从库仑簇爆炸发射的氘离子的运动是混乱的，足以类似热化。我们分析了在德克萨斯州Petawatt激光设施使用D2+ 3 He和CD 4 + 3 He集群目标的混合物进行的实验中，激光团簇相互作用驱动的核聚变反应过程。当团簇受到库仑排斥而爆炸时，高能离子的发射几乎是各向同性的。在团簇库仑爆炸的框架下，我们分析了离子的能量分布，使用麦克斯韦-玻尔兹曼（MB）分布，移动MB分布（sMB）和能量分布来自对数正态（LN）的大小分布的团簇。我们表明，前两个分布再现以及实验测量的离子能量分布和融合的d-d和d-3 He反应的数量。LN分布是离子动能分布的良好代表，直到高动量，其中噪声成为主导，但高估了中子和质子产额。如果选择LN分布的参数来正确地再现聚变产额，则实验测量的高能离子谱不能很好地代表。我们的结论是，离子动能分布是高度混乱的，实际上没有区别的热化。
Photoluminescence and Terahertz Emission from Femtosecond Laser-Induced Plasma Channels
研究了飞秒激光诱导等离子体产生太赫兹辐射的发光机制。通过使用一个完全微观的理论，电子和离子之间的库仑散射显示，导致发光，即使是空间均匀的等离子体。本文在广义模函数分析的基础上，讨论了空气中激光诱导等离子体通道的杆几何形状所引入的光谱特征。
Quasi-monoenergetic Deuteron Acceleration via Boosted Coulomb Explosion by Reflected Picosecond Laser Pulse
提出一种由驻波引发的增强库仑爆炸机制，利用预脉冲形成的预膨胀等离子体与反射激光脉冲干涉，实现持续皮秒量级的高强度库仑场，实验上产生高达50 MeV的准单能氘核。
General Formulation of Coulomb Explosion Dynamics of Highly Symmetric Charge Distributions
我们提出了一种理论方法来研究球形，圆柱形和椭球形的电荷分布下的自库仑场和随机力，由于碰撞和随机运动的带电粒子的动力学。该方法基于从电荷-电流连续性方程中找到电荷分布的电流密度并确定粒子的漂移速度。后者既可用于导出系统的拉格朗日量，也可用于写出具有洛伦兹力的牛顿运动方程。我们发展了一个动力学理论，包括随机力，由于电子的随机运动到我们的模型。为了证明我们的方法的有效性，我们将其应用于各种电荷分布，并将我们的结果与N体模拟进行比较。我们表明，我们的方法再现了著名的发射度项的包络方程的均匀的球形和圆柱形的电荷分布与正确的系数。我们利用我们的模型的引力坍缩的理想气体以及回旋动力学的圆柱形电荷分布在一个均匀的磁场，并提出了一种方法来测量电子束的发射度。
Observation of ultrafast laser-plasma evolution by pump-probe reflectometry and Doppler spectrometry
我们演示了泵浦-探测技术，即多普勒光谱和详细的反射，直接捕获的时间分辨的超快演化的高强度飞秒激光驱动的热，致密等离子体。这些技术能够在低于100飞秒的时间尺度上捕获超快等离子体动力学。我们已经展示了高强度飞秒激光驱动的冲击类扰动进入等离子体密度大于10^22/cc的动力学。这可以帮助理解与冲击点火，超新星爆炸和许多其他天体物理场景相关的物理学，也可以在医学和化学方面产生影响。此外，我们已经研究了超快的声学现象，由于流体动力学内膨胀的热，稠密等离子体在其瞬态相的多普勒光谱和反射测量的相关测量。
CH(A) Radical Formation in Coulomb Explosion from Butane Seeded Plasma Generated with Chirp-Controlled Ultrashort Laser Pulses
本文通过啁啾控制超短激光脉冲引发丁烷库仑爆炸，结合FTVis时间分辨光谱和TDDFT计算，证明CH(A)自由基是120 fs内形成的初级产物。
Using Charged Particle Imaging to Study Ultracold Plasma Expansion
我们发展了一种投影成像技术来研究超冷等离子体动力学。我们的带电粒子的空间分布图像提取与高压脉冲到位置敏感探测器。在稍后的时间测量离子图像的2D宽度（在前20 $μ$ s中的离子图像尺寸由致密离子云的库仑爆炸主导），我们提取等离子体膨胀速度。这些速度在不同的初始电子温度相匹配的早期结果通过测量等离子体振荡频率。在等离子体寿命期间，由于离子云对电子的强库仑力、电子损失和库仑爆炸效应，电子像尺寸缓慢减小。
Mechanism for femtosecond laser-induced periodic subwavelength structures on solid surface: surface two-plasmon resonance
提出飞秒激光辐照金属表面产生的电子等离子体片中的表面双等离子体共振（STPR）是周期性亚波长波纹结构的自形成机制。由共振双等离子体波形成的过密电子的峰将束缚离子拉出金属表面，并且因此STPR的波图案通过由电荷分离诱导的强静电场产生的库仑烧蚀（去除）而“雕刻”在表面上。为了验证STPR模型，我们用两束偏振方向垂直的激光进行了模拟雕刻实验。结果表明，在靶面的曝光区上刻出了两种独立的STPR波型。烧蚀动力学的时间尺度和超快相互作用中的电子温度也分别通过时间分辨光谱实验和数值模拟得到了验证。本模型可以自洽地解释亚波长波纹结构的形成，即使空间周期短于激光波长的一半，对理解超快激光-固体相互作用的光脱落。
Teravolt-per-meter plasma wakefields from low-charge, femtosecond electron beams
最近的倡议在超短，GeV电子束产生的重点是实现亚飞秒脉冲驱动X射线自由电子激光（FEL）在单尖峰模式。该方案采用非常低的电荷束，这可以允许现有的FEL注入器产生几个100作为脉冲，具有高亮度。为此，最近在SLAC的实验产生了~2 fs rms，低横向发射度，20 pC的电子脉冲。在这里，我们研究使用这样的脉冲激发等离子体尾场超过1电视/米。我们提出了一种聚焦方案，能够产生~200 nm的光束尺寸，其中表面库仑场也是~TV/m。这些条件访问高场原子物理学的新制度，允许前沿实验，包括子飞秒等离子体形成尾流激发。
Controlled Shock Shells and Intracluster Fusion Reactions in the Explosion of Large Clusters
利用两个不同强度的连续激光脉冲和适当的时间延迟，可以对超大型氘团簇（$\sim 10^6 - 10^7$原子）库仑爆炸中的离子相空间动力学进行剪裁.对于合适的激光参数（强度和延迟），大规模的冲击壳在爆炸过程中形成，从而大大增加了单个爆炸集群内的聚变反应的概率。为了分析离子动力学和评估团簇内反应速率，使用一维理论，该理论近似地解释了电子从团簇中的排出。据发现，对于非常大的集群（初始半径$\sim$ 100 nm），和最佳的激光参数，集群内融合产率变得可比的集群间融合产率。三维粒子模拟结果的有效性得到证实。
Modeling Vacuum Arcs
我们正在开发一个真空电弧模型。该模型假设，电弧发展的结果，由于库仑爆炸的表面的机械故障，其次是电离的碎片的场发射和一个小的，致密的等离子体的发展，主要通过自溅射与表面相互作用，并终止为一个单极电弧能够产生击穿站点具有高增强因子。我们试图产生一个自我一致的图片触发，电弧演变和表面损伤。我们正在使用分子动力学（机械故障，库仑爆炸，自溅射），粒子在细胞（PIC）代码（等离子体演化），中尺度表面热力学（表面演化）和有限元静电建模（场增强）这些机制建模。我们可以给出各种数值结果。我们确定了我们的模型与这种现象的其他描述的不同之处。
Coulomb implosion mechanism of negative ion acceleration in laser plasmas
提出了激光等离子体中负离子加速的库仑内爆机制。当强激光脉冲辐照团簇靶时，带正电的离子发生库仑爆炸，带负电的离子被向内加速。负离子的最大能量比正离子低几倍。对库仑内爆机制进行了理论描述和Particle-in-Cell模拟，并给出了强激光脉冲与团簇靶相互作用实验中负离子加速的证据。
Laser Ion Acceleration from Mass-Limited Targets with Preplasma
数值模拟表明，当目标被低密度等离子体电晕包围时，高强度激光辐射与质量受限目标的相互作用会显着增强离子加速度。自生准静态磁场挤压电晕，导致随后的库仑爆炸的目标的加剧。靶边缘的电场增强和等离子体共振效应导致了特征密度空穴的产生，并进一步促进了离子加速.数值模拟表明，当靶被低密度等离子体电晕包围时，高强度激光辐射与质量受限靶的相互作用显著增强了离子加速.自生准静态磁场挤压电晕，导致随后的库仑爆炸的目标的加剧。靶边缘的电场增强和等离子体共振效应导致特征密度空穴的产生，并进一步促进离子加速。
Effects of cluster size and spatial laser intensity distribution on fusion neutron generation by laser driven Deuterium clusters
采用三维分子动力学程序研究了飞秒脉冲近红外激光驱动氘团簇库仑爆炸产生聚变中子的过程。我们考虑了平均尺寸为80，140，200 μ m的各种团簇，它们被峰值时空强度为1 $\langle R_0\rangle$的激光照射。通过对团簇单强度离子能量分布函数（IEDF）在不同团簇尺寸和激光强度范围内的卷积，研究了团簇尺寸和激光强度空间分布对团簇库仑爆炸离子能量的影响.由于这个过程，最终的卷积IEDF在较低和较高能量侧都变宽。此外，与忽略卷积效应的情况相比，考虑卷积IEDF的中子产额也被修改了$\sim$ 2倍。
Femtosecond non-equilibrium dynamics of clusters irradiated with short intense VUV pulses
动力学玻尔兹曼方程被用来模拟非平衡电离阶段，启动的原子团簇的演化与单脉冲强真空紫外辐射。脉冲的持续时间< 50 fs，焦点上的强度< 10^{14} W/cm ^2。该统计模型包括在该特定辐射波长下对样品动态做出贡献的各种过程，并且对于大样品也是计算高效的。两个影响进行了详细研究：电子加热速率的影响和等离子体环境的整体电离动力学的影响。最大离子电荷，平均离子电荷和平均能量吸收每个原子估计与此模型的结果进行了比较，在自由电子激光设施FLASH在DESY的实验数据。我们的分析证实，辐照样品内的动力学是复杂的，总电离率是各种过程的结果。特别是，在这个模型中定义的理论框架内，在实验中观察到的高电荷态不能得到与库仑原子势导出的标准加热速率。这样的高电荷态可以用有效原子势导出的增强的加热速率来创建。等离子体环境对电离势的影响小于电子加热速率对电离动力学的影响。我们相信，我们的研究结果是一个更好地了解与强烈的真空紫外辐射照射的样品内的动态。
Dynamics and control of the expansion of finite-size plasmas produced in ultraintense laser-matter interactions
电子动力学的强烈影响提供了通过适当地成形激光脉冲来控制激光产生的等离子体的膨胀的可能性。提出了一种简单的辐照方案，以定制大氘团簇的爆炸，诱导形成冲击结构，能够驱动核聚变反应。这种情况已经彻底调查，诉诸二维和三维粒子在细胞模拟。此外，在球形纳米等离子体的无碰撞膨胀过程中的离子和电子的复杂的动力学已被详细地使用自洽遍历动力学模型进行了分析。这项研究阐明了从流体力学的库仑爆炸制度。
Approach towards quasi-monoenergetic laser ion acceleration with doped target
用三维粒子模拟方法研究了激光脉冲辐照含氢和碳的圆盘靶对离子加速的影响。结果表明，用$620$ TW，$5\times10^{21}$ W/cm $^2$激光脉冲可以产生超过$200$ MeV的质子.在聚乙烯（CH $_2$）靶中，质子和碳离子通过辐射压力加速分离并形成两层。在这种情况下，强烈的库仑爆炸和各层之间的库仑排斥产生高能质子。掺杂的靶，碳盘内的低密度氢，变成双层靶，其由高$Z$原子层表面上的薄且低密度的氢盘组成。这就产生了准单能质子束。
Fusion hindrance effects in laser-induced non-neutral plasmas
惯性约束聚变热点和团簇库仑爆炸等离子体可能产生正的净电荷。库仑势垒穿透性和超低能量（$\lesssim 10$ keV）下的核聚变反应速率被这样的环境改变。这些影响在这里研究通过筛选潜在的方法。通过评估某些感兴趣的情景的平均筛选潜力，得出了近似的分析结果。据发现，聚变是阻碍热燃料核之间的反应，而增强预期的二次和“束靶”反应。取决于等离子体条件，即使对于相对小的净电荷（对于$10^{-5}$质子电荷的每个核的平均净电荷，聚变速率的几个%的差异或更多），变化也是相关的。
Strong-field ionization and fragmentation of large, gas-phase clusters in the few-cycle domain
利用3个周期的800 nm强脉冲激光（10 fs）测量了Ar原子$_n$团簇（$n$ =400-900）在峰值强度为5 $\times$ 10 $^{14}$ W cm $^{-2}$的辐照下库仑爆炸后发射的离子的能量分布。3周期脉冲不提供集群足够的时间进行库仑驱动的膨胀，导致整体动力学，似乎是非常不同的那些在多脉冲制度。峰值离子能量远低于当使用相同强度的100 fs脉冲时获得的能量;它们几乎与簇的大小无关（在400-900个原子的范围内）。离子产率是一个大的20倍，在垂直于激光偏振矢量的方向比沿it. This意想不到的各向异性定性合理化使用分子动力学计算屏蔽的集群内的电子电荷云是空间不对称的。
Fundamental Photoemission Brightness Limit from Disorder Induced Heating
我们确定的最低可实现的光发射电子温度的限制，因此，最大可实现的电子亮度，由于加热后发射到真空中，适用于密集的相对论或非相对论光电子束。这种加热是由于不良屏蔽库仑相互作用相当于在超冷中性等离子体中看到的无序诱导加热。我们首先表明，传统的库仑碰撞分析方法失败的计算这种强耦合加热。相反，我们采用了N-体树算法来计算的普遍缩放的无序诱导加热完全包含聚束，并显示它同意一个简单的模型，利用列表的相关能量的一个组件等离子体。我们还提出了模拟的光束进行库仑爆炸在光阴极，并证明了温度的增长和随后的冷却必须具有相关效应，以及相关冻结动力学。在任何一种情况下，诱导的温度被发现是几个meV的典型的光注入器的光束密度，一个显着的分数的固有的最冷的半导体光电阴极的光束温度。因此，我们预计无序引起的加热将成为下一代光发射源提供密集的聚束和采用超冷光电发射器的主要限制因素。
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