激光等離子體加速電子轟擊固體靶產(chǎn)生高品質(zhì)正電子源的模擬研究.pdf

1、自二十世紀(jì)30年代正電子被預(yù)言并發(fā)現(xiàn)以來，正電子已被廣泛應(yīng)用于核物理、原子分子物理、固體物理、表面界面物理、材料科學(xué)、高能物理和醫(yī)學(xué)成像等眾多科研領(lǐng)域。在正電子的相關(guān)研究中，正電子源一直是廣泛關(guān)注的研究課題。目前，通常實驗研究用的正電子源主要來源于放射性同位素22Na等β+衰變體，以及占地較大且造價昂貴的電子直線加速器和核反應(yīng)堆等大型設(shè)施，由于這些正電子源產(chǎn)生的正電子有著脈沖長度較長，能量較低或者造價昂貴等缺點，難以滿足前沿基礎(chǔ)研究和應(yīng)

2、用研究的需要，尤其不能滿足核天體物理研究的需要。近年來，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，利用超強激光產(chǎn)生高產(chǎn)額、高能量、短脈沖、高密度、臺面型的高品質(zhì)正電子源成為廣泛關(guān)注的研究方向。
　　針對目前國內(nèi)外強激光驅(qū)動的正電子源的研究現(xiàn)狀，探討基于激光等離子體加速電子-固體靶相互作用產(chǎn)生超短脈沖正電子源（激光先與等離子體氣體靶作用產(chǎn)生高能電子，高能電子與固體靶作用產(chǎn)生正電子）的束流特征，利用國際通用的蒙特卡羅模擬工具包-Geant4，構(gòu)建激光等離子

3、體加速電子與靶相互作用產(chǎn)生正電子的探測幾何布局，分別以美國密歇根大學(xué)和中國科學(xué)院上海光機所的激光等離子體加速電子束參數(shù)為輸入，模擬研究激光等離子體加速電子-固體靶相互作用產(chǎn)生的超短脈沖正電子束的產(chǎn)額、能譜、角分布等束流參數(shù)，研究上述關(guān)鍵參數(shù)隨固體靶材和幾何尺寸的依賴關(guān)系，為超短脈沖正電子束的實驗室產(chǎn)生提供較優(yōu)的實驗條件。
　　結(jié)果顯示，金靶與鉭靶是較理想的電子－正電子轉(zhuǎn)換靶材；保持靶材料面密度為常數(shù)時，正電子產(chǎn)額正比于靶材料原子序

4、數(shù)的四次方，反比于靶材料質(zhì)量數(shù)的平方；當(dāng)靶材料相同時，正電子產(chǎn)額正比于靶厚度的平方，由于正電子湮滅，不同的靶材料存在一個最佳靶厚度，被優(yōu)化靶材和靶厚的正電子產(chǎn)額為0.3 e+/e-,且高原子序數(shù)材料固體靶的最佳靶厚度一般薄于低原子序數(shù)固體靶的最佳靶厚度。正電子束能譜呈麥克斯韋分布，能量峰值在5 MeV附近，最高能量可達140 MeV以上；出射正電子具有前傾性，正電子的發(fā)散角峰值在10o左右，且出射的正電子能量越高，其前傾性越明顯；在固體