汤姆孙散射：等离子体参数诊断的强大工具论文

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1、汤姆孙散射：等离子体参数诊断的强大工具论文摘要:汤姆孙散射是低能光子与自由电子之间的弹性散射.因为汤姆孙散射光谱携带着等离子体涨落的信息，通过测量汤姆孙散射光谱可以高精度地测量等离子体的多种参数，如电子温度、电子密度、等离子体流速等等.经过多年的发展，汤姆孙散射已经成为等离子体物理研究中最重要的一种诊断工具.关键词:等离子体物理，汤姆孙散射，动力学形状因子，等离子体参数Thomsonscattering:apoaphysicsZHENGJianYUChang/

2、Xuan(KeyLaborat

3、oryofBasicPlasmaPhysics,ChineseAcademyofSciences,DepartmentofModernPhysics,UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230026,China)AbstractThomsonscatteringistheprocessinafreeelectron.a,thespectrumofthescatteredlightduetotheThomsonscatteringisproporti

4、onaltothepooftheelectrondensityfluctuations,i.e.,dynamicformfactor,fromaparameterscanbeinferred,suchaselectrontemperatureandplasmafloent,Thomsonscatteringhasnoaphysics.Keyaphysics,Thomsonscattering,dynamicformfactor,.freeladiagnostics1引言精确测量等离子体的状态参数是

5、深入研究等离子体物理过程的基本前提之一.对于高温高密度的等离子体.freeli+3Timi,这里ωpe是朗谬尔振荡频率，λDe是电子德拜长度，Te,i是电子/离子温度，Z是离子电荷数，mi是离子温度.经过适当的实验安排，以满足k2λ2De1，那么我们就能够从散射光谱中获得电子密度ne以及电子密度与离化态乘积ZTe的信息.此外，散射光谱的宽度与集体运动模式的阻尼有关，而阻尼也取决于等离子体的状态参数，因此通过散射光谱的宽度，原则上也可以推断出等离子体的参数.例如，通过电子等离子体波的散射光谱的宽度，可以

6、测量电子温度Te.3汤姆孙散射实验结果中国科学技术大学基础等离子体物理重点实验室的研究小组与中国工程物理研究院激光聚变研究中心的同事们同心协力，先后在“星光II”装置［1—3］和“神光II”装置［4,5］上完成了汤姆孙散射实验.图1是“星光II”装置上的实验安排示意图［3］.实验中，我们采用波长为351nm的激光脉冲辐照金平面靶，产生等离子体,采用波长为526.5nm的激光脉冲作为汤姆孙散射探测束.主激光的能量在100J左右，探针束的能量在10J左右.我们得到的典型汤姆孙散射光谱如图2(a)所示.由于

7、采用了具有高时间分辨的探测设备，得到的是随时间的演化汤姆孙散射光谱，由此我们可以得到等离子体参数随时间的演化.在“神光II”装置上，我们进一步利用汤姆孙散射测量了腔靶等离子体的状态参数［5］.实验安排如图3所示.在圆柱形腔靶的侧壁上，我们开设了一个探针光注入口，散射光由圆柱的端面出射.由于封闭的几何位形，腔靶内等离子体的离子温度一般要远远高于平面靶产生的等离子体的离子温度.导致汤姆孙散射光谱严重展宽，以至于两个离子声波散射峰融合，如图4所示.4总结本文回顾了中国科学技术大学等离子体物理学科点在汤姆孙散

8、射方面的实验研究工作的主要结果.对于该项诊断技术的掌握，使我们对激光聚变等离子体的演化有了更加深入的了解，有助于我们精确预言激光等离子体的行为.致谢本文报告的工作是多人共同努力协作的结果.作者对以下人员的贡献表示感谢：白波、王哲斌、蒋小华、李文洪、刘永刚、曹柱荣、丁永坤、郑志坚等，同时感谢中国工程物理研究院激光聚变中心的制靶人员，“星光II”装置全体运行人员，以及“神光II”装置全体运行人员.