气体团簇源的制备及特性研究

论文摘要

随着超短超强激光的发展,气体团簇和激光相互作用引起人们的广泛关注。团簇的自身特性是相互作用过程的关键之一。本文建立常温、低温气体团簇的制备系统,并制备出大尺寸的氩团簇和氘团簇。采用瑞利散射法测量团簇的尺寸,研究其随时间的生长变化,以及影响团簇生长的各因素(背景压强、喷嘴、及温度)。;另外,本文建立激光和团簇相互作用实验,初步摸索其中规律。该论文的具体内容及相应结果归纳如下: 1.建立制备常温团簇和低温团簇的两套系统。采用超声速喷射法制备氩团簇和氘团簇,两者最大平均尺度分别为3.36nm 和3.15nm 2.搭建瑞利散射法测量团簇尺寸的实验系统,并和制备系统实现时间和空间的同步。3.测量团簇在不同背景压强下的尺寸,拟合出团簇尺寸和背景压强的指数关系,符合Hagnea 经验公式的范围。4.比较两种尺寸锥形喷嘴制备的团簇大小,发现大直径、小膨胀半角的喷嘴有利于形成大团簇。这结果也符合理论计算。5.改变诊断光和阀门之间的相对延迟时间,测量团簇在不同时刻的尺寸,描绘团簇生长、衰变的全过程。实验中,我们发现团簇生长过程中出现所谓的“双峰”结构。分析其原因,这种结构应该不是团簇本身生长的特点,而是阀门的机械反弹引起。但是这种“双峰”结构的发现在激光与团簇相互作用实验具有重要的实际意义。因为第二峰的团簇尺寸小、密度小,与激光相互作用,结果并不理想。前五项是团簇自身的特性诊断,主要目的是寻找团簇生长的最佳条件、最佳时刻,为激光相互作用实验作准备提供丰富的信息6.本文介绍的激光和氘团簇相互作用实验,仅仅是这项工作的初步尝试。脉宽为30fs,功率为20TW 的激光与氘团簇相互作用,发生库仑爆炸,产生高能氘离子。实验中测量到氘离子的平均能量大约为20KeV,符合氘聚变要求。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 简介
• 1.2 团簇源的种类
• 1.2.1 超声速喷射
• 1.2.2 载体团簇源
• 1.2.3 溅射团簇源
• 1.3 气体喷流中团簇的尺寸和喷流原子密度诊断
• 1.4 超短激光与团簇相互作用的研究现状和发展趋势
• 1.5 本文研究的内容及意义
• 2 团簇特性的实验诊断方法
• 2.1 引言
• 2.2 瑞利散射测量方法
• 2.2.1 瑞利散射
• 2.2.2 瑞利散射测量方法（Rayleigh scattering）
• 2.3 飞行时间质谱仪（TIME-OF-FLIGHT SPECTROSCOPY）
• 2.4 交叉喷射质谱仪（CROSSED-JET DEFLECTION MASS SPECTROMETRY OF CLUSTERS）
• 2.5 团簇数密度分布的测量
• 2.5.1 团簇的数密度分布
• 2.5.2 干涉法测量团簇密度原理
• 2.6 本章小结
• 3 团簇源和诊断系统的建立
• 3.1 前言
• 3.2 团簇源制备系统
• 3.2.1 低温团簇制备系统
• 3.2.2 阀门
• 3.2.3 喷嘴
• 3.3 瑞利散射法的诊断系统
• 3.4 同步系统
• 3.5 本章小结
• 4 团簇特性的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 常温团簇---氩团簇
• 4.2.1 实验条件及结果
• 4.2.2 实验数据的处理及讨论
• 4.3 低温团簇-氘团簇
• 4.3.1 实验条件及结果
• 4.3.2 实验数据的处理及讨论
• 4.4 团簇尺寸公式的讨论
• 4.5 实验总结及改进
• 4.6 本章小结
• 5 飞秒激光与氘团簇相互作用
• 5.1 引言
• 5.2 短脉冲强激光与团簇相互作用的理论模型
• 5.2.1 电离机制
• 5.2.2 团簇加热机制
• 5.2.3 团簇的膨胀机制
• 5.3 相互作用实验
• 5.4 高能粒子的探测
• 5.4.1 C 快电子探测
• 5.4.2 氘离子探测
• 5.5 小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间作者发表的论文目录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书