氘代乙烷团簇库仑爆炸产生高能氘核和中子的研究

代丽姣; 李洪玉

doi:10.7498/aps.63.243601

摘要

采用简化库仑爆炸模型对强激光脉冲照射氘代乙烷团簇发生的库仑爆炸过程进行数值模拟, 研究了氘代乙烷团簇爆炸产生的氘核动能、中子产额与团簇尺寸的关系, 且与氘代甲烷团簇产生的氘核动能及中子产额进行了比较. 研究表明, 尺寸为5 nm的氘代乙烷团簇在发生库仑爆炸后氘核的最大动能为20.96 keV, 获得的中子产额为6.31×105, 比同尺寸氘代甲烷团簇产生的氘核最大动能及中子产额更大. 因此相对于氘代甲烷团簇, 大尺寸的氘代乙烷团簇更适合作为激光驱动团簇库仑爆炸获得高额中子的靶材, 这与报道的实验推论相一致.

关键词:

Abstract

The explosion dynamics of deuterated ethane clusters driven by an intense laser pulse is simulated numerically by employing a simplified Coulomb explosion model. The dependences of deuteron kinetic energy and neutron yield on cluster size are investigated respectively in the paper. It is found that the deuteron energy and neutron yield produced from 5.0 nm deuterated ethane clusters are 20.96 keV and 6.31×105 respectively, which are higher than those from 5.0 nm deuterated methane clusters. So it can be inferred that deuterated ethane clusters are superior to deuterated methane clusters as the target for the efficient laser-induced nuclear fusion reaction to achieve a higher neutron yield, which is in accordance with the reported experimental conclusion.

Keywords:

作者及机构信息

1.
天津师范大学物理与材料科学学院, 天津 300387

基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 11005080)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Physics and Materials Science, Tianjin Normal University, Tianjin 300387, China

Funds: Project supported by the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11005080).

参考文献

[1]	Ditmire T, Tisch J W G, Springate E 1997 Nature 386 54
[2]	Ditmire T, Zweiback J, Yanovsky V P 1999 Nature 398 489
[3]	Dittrich T R, Hammel B A, Keane C J, McEachern R, Turner R E, Haan S W, Suter L J 1994 Phys. Rev. Lett. 73 2324
[4]	Norreys P A, Fews A P, Beg F N, Bell A R, Dangor A E, Lee P, Nelson M B, Schmidt H, Tatarakis M, Cable M D 1998 Plasma Phys. Controlled Fusion 40 175
[5]	Gao Q W 2010 M. S. Thesis (Shantou: Shantou University) (in Chinese) [高启文 2010 硕士学位论文(汕头: 汕头大学)]
[6]	Almazouzi A, Diaz de la Rubia T, Ishino S, Lam N Q, Singh B N, Trinkaus H, Victoria M, Zinkle S 1997 J. Nucl. Mater. 251 291
[7]	Ditmire T, Bless S, Dyer G, Edens A, Grigsby W, Hays G, Madison K, Maltsev A, Colvin J, Edwards M J, Lee R W, Patel P, Price D, A Remington B, Sheppherd R, Wootton A, Zweiback J, Liang E, Kielty K A 2004 Radiat. Phys. Chem. 70 535
[8]	Madison K W, Patel P K, Price D, Edens A, Allen M, Cowan T E, Zweiback J, Ditmire T 2004 Phys. Plasmas 11 270
[9]	Buersgens F, Madison K W, Symes D R, Hartke R, Osterhoff J, Grigsby W, Dyer G, Ditmire T 2006 Phys. Rev. E 74 016403
[10]	Lu H, Liu J, Wang C, Wang W, Zhou Z, Deng A, Xia C, Xu Y, Leng Y, Ni G, Li R, Xu Z 2009 Phys. Plasmas 16 083107
[11]	Li H Y, Liu J S, Wang C, Wang W T, Zhou Z L, Deng A H, Xia C Q, Xu Y, Lu X M, Jiang Y H, Leng Y X, Liang X Y, Ni G Q, Li R X, Xu Z Z 2009 Phys. Rev. A 80 051201
[12]	Li S, Zhou Z L, Tian Y, Lu H H, Wang W T, Ju J J, Li H Y, Xu Y, Leng Y X, Ni G Q, Wang C, Liu J S 2013 Phys. Plasmas 20 043109
[13]	Li H Y 2008 Ph. D. Dissertation (Shanghai: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [李洪玉 2008 博士学位论文(上海: 中国科学院上海光学精密机械研究所)]
[14]	Li H Y, Liu J S 2010 Acta Phys. Sin. 59 7850 (in Chinese) [李洪玉, 刘建胜 2010 59 7850]
[15]	Last I, Jortner J 2001 Phys. Rev. A 64 063201
[16]	Li H Y, Liu J S, Wang C, Ni G Q, Li R X, Xu Z Z 2008 Chin. Phys. B 17 1237
[17]	Peano F, Fonseca R A, Martins J L, Silva L O 2006 Phys. Rev. A 73 053202
[18]	Zweiback J, Ditmire T 2001 Phys. Plasmas 8 4545
[19]	Zweiback J, Cowan T E, Smith R A, Hartley G H, Howell R, Steinke C A, Hays G, Wharton K B, Crane J K, Ditmire T 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3640

施引文献

[1]	Ditmire T, Tisch J W G, Springate E 1997 Nature 386 54
[2]	Ditmire T, Zweiback J, Yanovsky V P 1999 Nature 398 489
[3]	Dittrich T R, Hammel B A, Keane C J, McEachern R, Turner R E, Haan S W, Suter L J 1994 Phys. Rev. Lett. 73 2324
[4]	Norreys P A, Fews A P, Beg F N, Bell A R, Dangor A E, Lee P, Nelson M B, Schmidt H, Tatarakis M, Cable M D 1998 Plasma Phys. Controlled Fusion 40 175
[5]	Gao Q W 2010 M. S. Thesis (Shantou: Shantou University) (in Chinese) [高启文 2010 硕士学位论文(汕头: 汕头大学)]
[6]	Almazouzi A, Diaz de la Rubia T, Ishino S, Lam N Q, Singh B N, Trinkaus H, Victoria M, Zinkle S 1997 J. Nucl. Mater. 251 291
[7]	Ditmire T, Bless S, Dyer G, Edens A, Grigsby W, Hays G, Madison K, Maltsev A, Colvin J, Edwards M J, Lee R W, Patel P, Price D, A Remington B, Sheppherd R, Wootton A, Zweiback J, Liang E, Kielty K A 2004 Radiat. Phys. Chem. 70 535
[8]	Madison K W, Patel P K, Price D, Edens A, Allen M, Cowan T E, Zweiback J, Ditmire T 2004 Phys. Plasmas 11 270
[9]	Buersgens F, Madison K W, Symes D R, Hartke R, Osterhoff J, Grigsby W, Dyer G, Ditmire T 2006 Phys. Rev. E 74 016403
[10]	Lu H, Liu J, Wang C, Wang W, Zhou Z, Deng A, Xia C, Xu Y, Leng Y, Ni G, Li R, Xu Z 2009 Phys. Plasmas 16 083107
[11]	Li H Y, Liu J S, Wang C, Wang W T, Zhou Z L, Deng A H, Xia C Q, Xu Y, Lu X M, Jiang Y H, Leng Y X, Liang X Y, Ni G Q, Li R X, Xu Z Z 2009 Phys. Rev. A 80 051201
[12]	Li S, Zhou Z L, Tian Y, Lu H H, Wang W T, Ju J J, Li H Y, Xu Y, Leng Y X, Ni G Q, Wang C, Liu J S 2013 Phys. Plasmas 20 043109
[13]	Li H Y 2008 Ph. D. Dissertation (Shanghai: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [李洪玉 2008 博士学位论文(上海: 中国科学院上海光学精密机械研究所)]
[14]	Li H Y, Liu J S 2010 Acta Phys. Sin. 59 7850 (in Chinese) [李洪玉, 刘建胜 2010 59 7850]
[15]	Last I, Jortner J 2001 Phys. Rev. A 64 063201
[16]	Li H Y, Liu J S, Wang C, Ni G Q, Li R X, Xu Z Z 2008 Chin. Phys. B 17 1237
[17]	Peano F, Fonseca R A, Martins J L, Silva L O 2006 Phys. Rev. A 73 053202
[18]	Zweiback J, Ditmire T 2001 Phys. Plasmas 8 4545
[19]	Zweiback J, Cowan T E, Smith R A, Hartley G H, Howell R, Steinke C A, Hays G, Wharton K B, Crane J K, Ditmire T 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3640

[1]	骆炎, 余璇, 雷建廷, 陶琛玉, 张少锋, 朱小龙, 马新文, 闫顺成, 赵晓辉. 极紫外光源及高荷态离子诱导下甲烷的脱氢通道碎裂机制. , 2024, 73(4): 044101. doi: 10.7498/aps.73.20231377
[2]	曾平, 宋盼, 王小伟, 赵晶, 张栋文, 袁建民, 赵增秀. 强飞秒激光场下二氧化碳二聚体四价离子的多体解离动力学. , 2023, 72(18): 187901. doi: 10.7498/aps.72.20230699
[3]	刘昌奇, 霍东英, 韩超, 吴康, 刘兴宇, 杨旭, 白晓厚, 王俊润, 张宇, 姚泽恩, 韦峥. 中子诱发²³²Th裂变初始碎片质量及动能分布Monte-Carlo研究. , 2022, 71(1): 012501. doi: 10.7498/aps.71.20211333
[4]	刘昌奇, 韦峥. 中子诱发232Th裂变初始碎片质量及动能分布Monte-Carlo研究. , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211333
[5]	董烨, 刘庆想, 庞健, 周海京, 董志伟. 材料二次电子产额对腔体双边二次电子倍增的影响. , 2018, 67(3): 037901. doi: 10.7498/aps.67.20172119
[6]	张娜, 曹猛, 崔万照, 胡天存, 王瑞, 李韵. 金属规则表面形貌影响二次电子产额的解析模型. , 2015, 64(20): 207901. doi: 10.7498/aps.64.207901
[7]	李耀宗, 张小安, 梁昌慧, 赵永涛, 周贤明. Eu20+入射Au靶发射Eu L-X射线产额与动能的相关性. , 2014, 63(16): 163202. doi: 10.7498/aps.63.163202
[8]	朱洲森, 袁学东, 缪竞威, 师免恭, 廖雪花, 方才进. H2D+与固体的相互作用及H2D+的结构测量. , 2012, 61(20): 209203. doi: 10.7498/aps.61.209203
[9]	冯成义, 程新路, 张红. 仲氢及正氘团簇的量子定域和超流动性研究. , 2011, 60(1): 013602. doi: 10.7498/aps.60.013602
[10]	朱洲森, 缪竞威, 袁学东, 师勉恭, 廖雪花. HD+2，H+3和D+3与固体相互作用和三体尾流效应. , 2008, 57(10): 6240-6248. doi: 10.7498/aps.57.6240
[11]	王磊, 吴玉迟, 王红斌, 刘红杰, 葛芳芳, 陈家斌, 郑志坚, 谷渝秋, 史叔廷, 罗小兵, 杨朝文. 低温高背压氘团簇源特性研究. , 2007, 56(12): 6918-6923. doi: 10.7498/aps.56.6918
[12]	肖雪, 李海洋, 罗晓琳, 牛冬梅, 温丽华, 王宾, 梁峰, 侯可勇, 董璨, 邵士勇. 纳秒强激光中丙酮团簇增强的多价电离现象. , 2006, 55(2): 661-666. doi: 10.7498/aps.55.661
[13]	李邵辉, 王成, 刘建胜, 王向欣, 李儒新, 倪国权, 徐至展. 飞秒强激光场中大尺寸氩团簇爆炸机理的实验研究. , 2005, 54(2): 636-641. doi: 10.7498/aps.54.636
[14]	孔祥蕾, 罗晓琳, 牛冬梅, 张先燚, 阚瑞峰, 李海洋. 纳秒强激光场中甲醇光电离产生高价离子的研究. , 2004, 53(5): 1340-1345. doi: 10.7498/aps.53.1340
[15]	安伟科, 邱锡钧, 朱志远. 飞秒激光氘团簇库仑爆炸引发核聚变的机理研究. , 2004, 53(7): 2250-2253. doi: 10.7498/aps.53.2250
[16]	王桂秋, 王友年. 激光场对快速分子离子与固体相互作用的影响. , 2003, 52(4): 939-946. doi: 10.7498/aps.52.939
[17]	杨朝文, V.A.Khodyrev, V.S.Kulikauskas. H+2，H+3团簇离子在沟道条件下的背散射质子产额测量. , 2003, 52(8): 1895-1900. doi: 10.7498/aps.52.1895
[18]	邱华檀, 王友年. 快速C60离子团在固体中的库仑爆炸过程Ⅱ——分子动力学模拟. , 2000, 49(8): 1534-1540. doi: 10.7498/aps.49.1534
[19]	邱华檀, 王友年. 快速C60离子团在固体中的库仑爆炸过程Ⅰ——球壳层模型. , 2000, 49(8): 1528-1533. doi: 10.7498/aps.49.1528
[20]	王友年. 快速H+2在固体中穿行时产生的动力学相互作用力及库仑爆炸图形的演化. , 1999, 48(6): 011118. doi: 10.7498/aps.48.11118

计量

文章访问数: 6239
PDF下载量: 312
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板