亞皮秒脈沖粒子磁譜儀.pdf

1、強(qiáng)激光物理中,亞皮妙脈沖的強(qiáng)激光束與物質(zhì)作用以后在亞皮秒量級時間內(nèi)產(chǎn)生大量粒子,電子和離子.電子和離子的動能分布攜帶了強(qiáng)激光場與物質(zhì)相互作用的重要信息.為記錄分析單次亞皮妙電子脈沖的動能分布,本論文通過文獻(xiàn)調(diào)研、物理方案的設(shè)計(jì)(模擬和數(shù)值計(jì)算)、探測元件的可行性實(shí)驗(yàn)研究,建立一個用釹鐵硼二極磁體和閃爍光纖記錄、CCD攝像機(jī)讀出的最終方案.帶電粒子(電子和離子)在永久磁鐵形成的磁場中經(jīng)過偏轉(zhuǎn),使不同能量的粒子在穿出磁場時分別擊中不同位置的

2、閃爍光纖,從而通過閃爍光纖的發(fā)光強(qiáng)度來反映實(shí)際粒子的動能分布.為了實(shí)現(xiàn)所要求的能量分辨(百分比的分辨率10﹪),需要對諸多問題加以考慮.如磁場強(qiáng)度的大小以及邊界效應(yīng)的影響;磁譜儀對真空室的要求;閃爍光纖對不同能量電子和離子的敏感程度;熒光發(fā)光效率與不同能量電子沉積能量的關(guān)系等等.通過先期的數(shù)值計(jì)算和模擬,確定了磁鐵自身的磁場強(qiáng)度以及對邊界場的具體要求.然后通過對照實(shí)際制造出的磁鐵的磁場分布,模擬和分析了電子以及離子的運(yùn)動軌跡和出口位置等

3、情況.又通過Geant4的模擬,給出了不同能量電子在對應(yīng)的光纖中的沉積能量,從而確定了通過從光纖產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度到相對粒子數(shù)的修正系數(shù).對于光纖的發(fā)光強(qiáng)度,探測設(shè)備的分辨能力,以及光纖的固定等方面的實(shí)際問題,都在設(shè)計(jì)時予以考慮,并且通過剝?nèi)ス饫w包層的方法確保光纖對離子的敏感.此外還通過大量的實(shí)驗(yàn)確保最終應(yīng)用時能夠給出準(zhǔn)確的結(jié)果.在測試階段,利用標(biāo)準(zhǔn)Sr89的電子譜(電子動能從150一14500keV),經(jīng)過準(zhǔn)直以后進(jìn)入磁場并且在光纖上產(chǎn)生

4、熒光.利用位置靈敏光電倍增管(PSPMT)讀出對應(yīng)光纖的電子計(jì)數(shù),得到Sr89的Beta實(shí)驗(yàn)譜.同時從Sr89的標(biāo)準(zhǔn)Beta譜出發(fā),通過盡力完全接近實(shí)際情況的模擬(首先經(jīng)過源的30微米的聚酯薄膜的吸收和散射、進(jìn)入磁場、磁場把不同動能的電子投向?qū)?yīng)的光纖、計(jì)算相應(yīng)的能量沉積,再考慮到讀出電子學(xué)的靈敏閾帶來的影響,也得到一個模擬譜.將這兩個譜對照可以發(fā)現(xiàn)能夠合理的符合,從而證明通過模擬和計(jì)算對譜儀的標(biāo)定是真實(shí)可靠的.最終磁譜儀的實(shí)際性能為: