亞皮秒脈沖粒子磁譜儀.pdf

1、強激光物理中,亞皮妙脈沖的強激光束與物質作用以后在亞皮秒量級時間內產生大量粒子,電子和離子.電子和離子的動能分布攜帶了強激光場與物質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,本論文通過文獻調研、物理方案的設計(模擬和數值計算)、探測元件的可行性實驗研究,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過偏轉,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)光強度來反映實際粒子的動能分布.為了實現(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.如磁場強度的大小以及邊界效應的影響;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系等等.通過先期的數值計算和模擬,確定了磁鐵自身的磁場強度以及對邊界場的具體要求.然后通過對照實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的光纖中的沉積能量,從而確定了通過從光纖產生的熒光強度到相對粒子數的修正系數.對于光纖的發(fā)光強度,探測設備的分辨能力,以及光纖的固定等方面的實際問題,都在設計時予以考慮,并且通過剝去光纖包層的方法確保光纖對離子的敏感.此外還通過大量的實驗確保最終應用時能夠給出準確的結果.在測試階段,利用標準Sr89的電子譜(電子動能從150一14500keV),經過準直以后進入磁場并且在光纖上產生

4、熒光.利用位置靈敏光電倍增管(PSPMT)讀出對應光纖的電子計數,得到Sr89的Beta實驗譜.同時從Sr89的標準Beta譜出發(fā),通過盡力完全接近實際情況的模擬(首先經過源的30微米的聚酯薄膜的吸收和散射、進入磁場、磁場把不同動能的電子投向對應的光纖、計算相應的能量沉積,再考慮到讀出電子學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算對譜儀的標定是真實可靠的.最終磁譜儀的實際性能為: