激光等离子体产生的高能粒子的核反应诊断研究

随着高功率激光装置的不断建立，超强激光与等离子体相互作用能够产生高能量（大于几百MeV）、高通量（大于10的8次方/cm2）的电子、质子、重离子等，这些高能粒子在 "快点火"、台面粒子加速器、粒子束成像等领域有着广泛的应用前景。对高能量、高通量粒子束的诊断，传统的电子、离子谱仪及角分布仪如热释光片、IP、CR39、RCF等，在量程、空间分布、分辨率等方面表现出了很大的局限性。本项目的研究目的是开展激光等离子体产生的高能粒子的核反应诊断理论与实验研究，对高能粒子诱发的核反应及其产生的放射性核素进行测量与分析，借助核素衰变纲图及核反应截面数据库，反推出高能粒子的能谱、通量、角分布、温度等参数，实现高能粒子的核反应诊断。该方法将与传统的粒子诊断方法优势互补，共同对激光等离子体产生的各种粒子进行全空间、全能段的参数测量，从而深刻理解超强激光与等离子体相互作用的物理机制及高能粒子加速机制。

激光等离子体产生的高能粒子核反应诊断是建立在激光物理、等离子体物理与核物理之上的新兴交叉学科。本项目首先采用理论模拟方法，通过高能粒子核反应程序、核素衰变纲图及核反应截面数据库，完成了高能粒子温度、角分布、能谱等的计算，为实验的有效开展提供了必要的参照与指导；第二，首次在国内激光装置上搭建了双NaI(TI)谱仪符合测量诊断系统，完成了NaI(TI)gamma射线谱仪及其配套电子学测量系统的调试与标定，对符合信号进行了正确记录；第三，调节激光与靶参数，产生高于65Cu(p,n)65Zn、63Cu(p,n)63Zn核反应阈值的高能质子，对65Zn及63Zn发生beta+衰变并通过正负电子对湮灭产生的反向gamma射线进行符合信号测量，记录核素的活化强度，实现了激光等离子体高能质子角分布等参数测量的核反应诊断。