研究目的
研究高强短脉冲激光辐照固体薄膜中多电荷金离子的电离与加速机制。
研究成果
研究表明，钻孔辐射压力加速（RPA）和靶背鞘层加速（TNSA）共同作用产生了动能量级为10 MeV/u的高电荷态金离子。污染层的存在会抑制TNSA产生的离子能量。研究推导出了描述各电荷态离子最大能量的理论标度模型。
研究不足
该研究仅限于一维模拟，未考虑三维效应。污染层（如水蒸气）的存在可能显著影响结果。
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高强度激光辐照下固体薄膜中多电荷金离子的电离与加速
DOI：10.1063/1.5140493
期刊：Physics of Plasmas
出版年份：2020
更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要：
本文研究了高强度短脉冲激光（强度范围I=10^20-22 W/cm2）辐照薄金膜时的电离机制及伴随的多电荷金离子加速过程。通过采用包含原子与碰撞弛豫过程的扩展粒子模拟程序进行一维数值模拟表明：空腔烧蚀辐射压力加速（RPA）和靶背面鞘层加速（TNSA）两种机制共同产生了动能约10 MeV/u的高电荷离子。这两种加速过程中，由不同机制激发的纵向静电场主导了原子向高电荷态的电离，并将其从受激光辐照的正面相反的背面区域加速至真空区。其中场致电离过程主要使高能离子达到高电荷态，而大量能量<1 MeV/u的离子则通过电子碰撞电离过程产生。在TNSA中，虽然RPA在正面产生的离子具有最高电荷态，但背面产生的多电荷离子最终获得最大能量；然而水蒸气等污染物的存在会抑制TNSA的离子能量——因其鞘层场会优先加速质子和氧离子，导致金离子加速滞后。我们推导的理论标度律通过关联背面附近纵向静电场分布与经典隧道场致电离模型，描述了有无污染物情况下各电荷态离子的最大能量。
作者：
D. Kawahito，Y. Kishimoto
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