Диссертация (1097752), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Для макрочастиц всеграницы расчетной области являлись поглощающими.Мишень представляла собой фольгу из золота (z = 79) толщиной 0.5мкм и длиной 28 мкм, повернутую на угол 450 относительнонаправленияраспространениялазерногоимпульса.Мишень154моделировалась как однократно ионизованная бесстолкновительнаяплазма, состоящая из электронов и ионов золота Au+ с концентрациейn 5.87 1022 см-3, соответствующей твердотельной плотности золота.Очевидно, однако, что в реальном эксперименте при интенсивностилазерного импульса I 0 1021 Вт/см2 будут возникать и многократноионизованные атомы.
Вопрос о влиянии степени ионизации атомовмишени на результаты моделирования будет рассмотрен ниже.В блоке генерации гамма-квантов минимальное значение соответствовалокинетическаяэнергииэнергияE ,min min 1.23электронов,кэВ,испускающихаминимальнаягамма-кванты,выбиралась равной K 0,min 100 кэВ.Рис. 19 иллюстрирует процесс генерации гамма-квантов наначальном этапе воздействия лазерного импульса на мишень, когдаобласть,вкоторойпроисходитгенерациягамма-квантовприблизительно совпадает с областью взаимодействия лазерногоимпульса с мишенью. В дальнейшем область генерации гамма-квантоврасширяется и охватывает весь объем мишени.Дляопределенияэлектроновификсированныйсоотношениягенерируемыхмоментимивремени,междусреднимигамма-квантовпроводилосьвэнергияминекоторыйусреднениепоэлектронам с энергией K K0,min и всем гамма-квантам, находящимся вобласти, занимаемой мишенью (более строго – занимаемой ионамизолота, поскольку генерация гамма-квантов возможна только в тойобласти, где плотность ионов золота отлична от нуля).На рис.
20 показана зависимость от времени средней кинетическойэнергии электронов (сплошная кривая 1) и гамма-квантов (кружки) вобласти, занимаемой мишенью. Теоретическая зависимость среднейэнергии гамма-квантов E (штриховая кривая 2) получена из кривой 1155пересчетом по формуле (13). Как видно из рис. 20, кривая 2 с хорошейточностью описывает поведение средней энергии гамма-квантов.76541<E>, МэВ3210,30,220,10,00,00,20,40,60,81,0t, псРис. 20 Временные зависимости средних энергий электронов(кривая 1) и генерируемых ими гамма-квантов (кружки). Кривая 2получена из кривой 1 пересчетом по формуле (13).Таким образом, формула (13) (и аппроксимационное соотношение(14)) устанавливает взаимно-однозначное соответствие между среднимиэнергиями электронов и генерируемых ими гамма-квантов, и можетбыть использована для выражения одной величины через другую. Изрис. 20 следует, что средняя энергия гамма-квантов оказываетсяпримерно в двадцать пять раз меньше средней энергии электронов.
Этотрезультат согласуется с утверждением работы [2] о том, что температурагамма-квантов тормозного излучения может оказываться существенноменьше температуры быстрых электронов. Как следует из приведенногорасчета, различие температур электронов и гамма-квантов должно156проявляется в экспериментах по взаимодействию интенсивных лазерныхимпульсов именно с тонкопленочными мишенями.Перейдем теперь к вопросу об угловом распределении электронов игенерируемыхимигамма-квантов.Привычисленииугловыхраспределений находилось количество частиц, попавших на сегментграницы расчетной области длиной 6 мкм, центр которого располагалсяпод заданным углом к направлению падения лазерного импульсаотносительно центра мишени.На рис. 21 показано угловое распределение электронов, достигшихграниц расчетной области в течении 500 фс (светло-серая кривая) и 1 пс(черная кривая).
Стрелкой обозначено направление падения лазерногоимпульса. Как видно из рис. 21, угловое распределение имеет двавыраженных максимума: один - в направлении падения лазерногоимпульса (1800), второй - в направлении (2590), близком к направлениюзеркального отражения лазерного излучения от мишени.
Наличиепервого максимума обусловлено ускорением электронов мишени внаправлении падения лазерного импульса под действиемV Bкомпоненты силы Лоренца, которая при интенсивностях лазерногоимпульсапорядка1021Вт/см2становитсяопределяющей.Существование второго максимума обосновывалось в работе [39] иподтверждено во множестве экспериментальных работ (см., например,[40,41]). В работе [39], в частности, указывается, что «…толькоультрарелятивистские электроны покидают мишень в направлении,очень близком к направлению зеркального отражения».Заметим, что кривые на рис.
21 мало отличаются друг от друга, несмотря на то, что периоды времени, в течение которых шло накоплениечастиц на соответствующих сегментах границы расчетной области,отличаются в два раза.157Рис. 21 Угловое распределение электронов, достигших границсчетной области.Это означает, что высокоэнергетичные электроны могут покинутьмишень и достичь границы расчетной области в основном в течениепервых 500 фс (фактически, в течение воздействия лазерного импульсана мишень). В последующие 500 фс лишь небольшое количествоэлектронов достигает границ расчетной области, в то время как большаяих часть остается вблизи мишени, при этом их средняя энергияуменьшается достаточно медленно(см.
рис. 20).На рис. 22 показаны траектории (в течение первых 500 фс) пятипробных электронов, ускоренных лазерным импульсом до различныхкинетических энергий: минимальной энергией (1.5 МэВ) обладалэлектрон 5, а максимальной (48 МэВ) - электрон 1.158Рис. 22 Траектории пяти пробных электронов мишени в течение 500фс.Траектории этих электронов заполняют практически весь ее объем.Часто меняя направление при движении вдоль мишени, электрон имеетвероятность излучить гамма-квант в произвольном направлении. Поэтой причине угловое распределение гамма-квантов может значительноотличаться от углового распределения электронов, представленного нарис.
21.Как видно из рис. 22, движение электронов представляет собойсуперпозицию колебательного и поступательного движения вдольмишени.На рис. 23 приводятся угловые распределения гамма-квантов,достигших границ расчетной области в течение 500 фс (серая кривая) и 1пс (черная кривая). Стрелкой показано направление распространениялазерного импульса; прямой линией, расположенной под углом 450,обозначено положение мишени.159Рис. 23 Угловое распределение гамма-квантов, достигших границсчетной области.Как видно из рис.
23, кривые угловых распределений гамма-квантовпрактически симметричны, при этом максимумы кривых располагаютсяпод углами 110, 790, 1910 и 2590. Два последних максимума расположеныблизко к направлениям первоначального распространения и зеркальногоотражениялазерногокоррелируютсизлучениямаксимумамиотмишени,угловогосоответственно,распределенияибыстрыхэлектронов. Как указывалось ранее, наличие максимумов угловогораспределенияраспространениягамма-квантовизеркальноговнаправленияхотраженияпервоначальноголазерногоизлученияэкспериментально наблюдалось, например, в работах [2] и [4].Сравнение кривых на рис.
23 показывает, что угловое распределениегамма-квантов, полученное в течение первых 500 фс (серая кривая)160практически не изменяет свою форму за последующие 500 фс (чернаякривая), в течение которых количество гамма-квантов, достигшихграниц расчетной области, увеличивается вдвое. Это связано с тем, чтобольшинствогамма-квантовгенерируютсяотносительнонизкоэнергетичными электронами, не покидающими мишени в течениивсего времени счета. Действительно, средняя энергия гамма-квантовдостигших границ расчетной области в течение 1 пс составляет 186 кэВ,что соответствует средней энергии электронов 4.1 МэВ (см. формулу(14)).
Траектория пробного электрона со средней энергией около 4 МэВобозначена на рис. 22 номером 3, как видно из рисунка этот электроностается в пределах мишени.Высокоэнергетичные гамма-кванты, генерируемые электронами,покидающими расчетную область, имеют угловые распределения вбольшейстепенисоответствующиераспределениямэлектронов,показанным на рис. 8.Действительно, на рис. 24 приводятся угловые распределениявысокоэнергетичных гамма-квантов, достигших границ расчетнойобласти в течение 500 фс: гамма-кванты с энергией E >0.89 МэВ–черная кривая, гамма-кванты сE 2.67МэВ – серая кривая.
Стрелкойпоказано направление распространения лазерного импульса; прямойлинией, расположенной под углом 450, обозначено положение мишени.Как видно из рис. 24, обе кривые более не являются симметричными,как это имело место на рис. 10. Максимумы угловых распределенийрасполагаются под углами 1910 и 2590, хорошо согласующимися снаправлениями максимумов на рис.
21. Таким образом, угловоераспределение гамма-квантов значительно отличается от угловогораспределения электронов на границе расчетной области. Однако, вслучае высокоэнергетичных электронов и гамма-квантов их угловыераспределения практически повторяют друг друга.161Рис. 24 Угловое распределение высокоэнергетичных гамма-квантов,достигших границ счетной области.Оценимвозможнуюстепеньионизацииатомовзолотанаповерхности мишени, используя модель, развитую в работе [42] длятуннельной ионизации атомарного иона в переменном поле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
