原子核库仑能论文答辩委员会

原子核靠库仑力（也叫静电力）来束缚电子，本质就是电荷之间的相互作用力，是一种电场力。电磁力是一个很大的范围，包括电场力和磁场力。能量是指电子与原子核整个系统的总能量，包括电子的动能、系统的势能。

核物理是研究射线束的产生、探测和分析技术;以及同核能、核技术应用有关的物理问题。下面我给大家分享一些核物理学术论文，大家快来跟我一起欣赏吧。

激光核物理

摘 要 在最近十年,激光技术有了长足的进展,激光的强度超过了1022W/cm2, 激光的电场达到~4×1012V/cm.当这种高强度的激光照射在靶上时,可以产生许多由激光产生的核反应现象.在这篇 文章 中,作者回顾了这一领域的 研究 进展,并对在不远的未来激光产生 电子 ?质子?中子?X射线和正电子 发展 的潜力进行了一些讨论.

关键词 啁啾脉冲放大,粒子云,正电子发射层析术,库仑爆炸

1 什么是

最近十年中,激光技术有了显著的进展,激光强度已超过1022W/cm2,激光的电场强度达到;1012V/cm,比氢原子中电子玻尔轨道上的库仑场大759倍,相当于在原子大小上相应加上约40kV的电压,在原子核大小上相应加上约的电压,在这种很强的电场作用下,所有的原子都会在极短的时间内被电离,产生从几个MeV到几百MeV的质子,几十MeV到GeV的电子和其他粒子,以及韧致辐射和中子,这些粒子可以产生核反应,打开了核物理以及非线性相对论光学研究的新领域[1—3].

在今后的十年中,激光强度可能会提高到1026—1028W/cm2,这样高强度的激光可以将粒子加速到1012—1015eV,并将成为研究粒子物理?引力物理?非线性场论?超高压物理?天体物理和宇宙线研究中的一个有力工具[1].

超高功率超短脉冲激光技术的发展,在实验室中创造了前所未有的极端物态条件,如高电场?强磁场?高能量密度?高光压和高的电子抖动能量?高的电子加速度,这种极端的物理条件, 目前 只有在核爆中心?恒星内部?星洞边缘才能存在,在它和物质的相互作用中,产生了高度的非线性和相对论效应,产生了崭新的物 理学 领域,也为多个交叉学科前沿研究领域带来了 历史 性的机遇和拓展的空间.

2 国内外研究现状

当前国际上已经在一些实验室中建立了几十TW到几个PW的激光系统,在上世纪80年代中期,以前激光的强度长期停留在1014W/cm2左右,这是由于非线性吸收效应随着激光强度的增加而迅速增强,在80年代中期之后,由于采用了啁啾脉冲放大技术(chirped pulse amplification, CPA),激光强度提高了6—7个数量级,在CPA技术中,一个飞秒或皮秒的脉冲通过色散的光栅对在时间尺度将它展宽了3—4个数量级,这样就避免了放大器的饱和以及在很高强度时由于非线性效应产生的光学放大器件的损伤,在经过放大以后,再由另一光栅对将脉冲宽度压缩回到飞秒或皮秒宽度,以获得1019W/cm2到1022W/cm2的靶上功率密度.CPA超短脉冲TW的激光装置在法国光学 应用 研究所?瑞典Lund大学?德国Mark-Plank研究所?德国Jena大学?日本JAERI和 中国 工程物理研究院?中科院上海光学精密机械研究所?中科院物理研究所?中国原子能 科学 研究院等都建有.日本原子能研究所采用变形镜和CPA相结合的技术,运用低f值的抛物面镜,将激光聚焦于1μm的斑点,可以进一步提高焦斑上的功率密度,但是由于放大介质的单位面积上的饱和能量通量和光学元件的损伤阈值的限制,单位面积上最大的光强度?I??th?=hν3σΔν?ac2?,这个数值约为10?23?W/cm2.美国LLNL正在计划建造10?18?W(exawatt)和10?21?W(zettawatt)的激光装置,以期获得1026W/cm2 —1028W/cm2的靶上功率密度.

高强度的激光可以引起许多核反应,当激光强度I>10?18?W/cm2时,在激光电场做抖动的电子能量达到,产生了相对论等离子体.运用强激光在等离子体中产生的尾场去加速电子,如用一台紧凑型的重复频率的激光器可以产生200MeV的电子.这种激光等离子体型的加速器具有比通常电子加速器高出1000倍的加速梯度,即达到GV/m.运用高强度?单次脉冲的激光也获得了100MeV的电子,并测量到它的韧致辐射.超短超强激光还可以产生质子束,并开始运用这些质子束产生正电子发射层析术(positron emission tomography,PET)所需要的短寿命的正电子放射源,一种用激光来产生的小型化的和 经济 的质子产生器有望在未来用于质子治癌.运用超短超强激光直接产生正电子已在英国卢瑟福实验室开展,他们用重复频率的TW级的激光,打在高Z元素的靶上得到每脉冲2×107个正电子,它对于基础研究和材料科学很有用途.通过超短超强激光和氘团簇的相互作用,产生聚变反应的中子,其中子产额可以达到105中子/焦耳,激光产生中子的能量效率已达到世界上大型的激光装置的水平,它可以成为台面的中子源,由于其中子脉冲通量高,但总的中子剂量很小,适合于生物活体的中子照相和材料科学的研究.运用超短超强激光和氘化聚乙烯作用产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ, 50fs, 10Hz, 10?18?W/cm2) 轰击氘化聚乙烯靶,产生104中子/脉冲.运用超短超强的激光在相对论性的电子上的散射,产生几百飞秒?几十埃的硬X射线,可以用来研究材料和生命科学的一些 问题 ,这种超快的硬X射线源对于研究一些高Z物质和时间分辨的超快现象具有重要的意义.超短超强激光所产生的高能电子,在物质中产生高能X射线,可以在裂变物质铀中引起裂变,并在裂变靶中探测到许多裂变产物.在激光的强度达到1028W/cm2时,电场强度只比Schwinger场(真空击穿场强)低一个数量级,在这样的场中,由于真空的涨落被激发,激光就有可能从真空中产生正负电子对,美国Lawrence Berkerly实验室在SLAC高能加速器上,用10?18?W/cm2的激光束和聚焦性能很好的的电子束相碰撞,产生了200多个正负电子对,这是由于在反向相碰的电子和激光中,从电子的坐标系来看,激光的场强增强了Lorentz因子倍,以至于可以远远地超过Schwinger场值,直接从真空中产生一些电子对.

3 新的科学研究的 内容 ,新的交叉点

激光产生高能电子[4—7]

产生高能电子的机制有两种:第一种是在激光场作用下,电子做抖动运动,在激光强度I=10?20?W/cm2时,电子抖动运动能量能达到10MeV;第二种是由非线性效应所产生的能量比较高的部分.用300J,的激光照射在厚的金靶上,测量到的电子能谱分布基本上由两个部分组成:一部分是由有质动力产生的,它的能量在20—30MeV以下,还有一部分就是由非线性效应产生的几十MeV以至100MeV以上的高能量的电子,并和粒子云(particle in cell,PIC) 的 计算 结果符合,目前加速电子最高能量已达1GeV.能散度可达3% .

当激光的强度增加时,光波的压力变得很大,光压推着电子往前走,光波就像一个光子耙将等离子体中的电子推到脉冲的前面积累,形成电子的“雪耙”(snow plow) ,在这种“雪耙”加速中,电子的动能得到增益.在综合了光压作用和激光场的作用后,计算得到在激光强度为I=1026W/cm2时,加速梯度可达200TeV/cm,如果加速长度达到1m,电子能量为2×10?16?eV,在I=1028W/cm2时,加速梯度可达2peV/cm,加速长度为1m时,电子能量为2×10?17?eV,可以用来研究高能物理中的许多问题.

激光产生质子束[8,9]

在激光等离子体中,在I=10?20?W/cm2的情况下,加速质子的能量可以高达58MeV.加速梯度约为1MV/μm.质子被加速的距离只有60μm左右,如何增长加速距离成为非常重要的研究内容,加速质子的机制是相当复杂的,也提出了一些加速模型的设想.实验上的研究结果已显示它存在很好的应用前景.这表现在:

(1) 激光能量转换成质子束能量的效率是高的,而且和激光的能量有关,在激光脉冲能量为10J?宽度为100fs时,转换效率为1%,当500J?500fs时,转换效率为10%,人们已经获得了10?13?质子/脉冲,质子脉冲宽度约1ps,相当于10?25?质子/秒,即?;?106A的脉冲质子流.

从 理论 到实验应该研究如何进一步提高能量转换效率的问题,尤其是当激光能量进一步提高时,转换效率是否还继续上升.

(2) 质子束的发散角比较小,观察到的横向发散角为;mrad,比通常加速器上加速的质子束的发散角小.

(3) 高能质子束的获得可能会在今后的十年中实现,按照Bulanov等人的计算结果,在I=10?23?W/cm2时,质子可以被加速到1GeV以上,在I=1026W/cm2和1028W/cm2时,质子能量可以达到100GeV和 10TeV.

(4) 目前已获得几十MeV的质子束,并已用于为PET产生?18?F等短寿命的正电子源,在英国Rutherford实验室的Vulcan装置上,在20分钟内制备了109Bq的?18?F源,已经可以用在PET上.

(5) 产生200MeV的质子,并用于质子治癌,由于它在能量沉积上的优越性能,以及整个装置可以做得小,成本低,所以在治癌应用上很有发展前景,并可应用于中子照相.目前由激光加速产生的质子的能量分散度为17%.治癌应用要求能散度≤3%左右,因此减少能散度的工作在一些实验室正在进行中.

激光产生中子[10,11]

超短超强激光加热氘团簇产生核聚变,已经产生了104中子/脉冲或105中子/焦耳,从激光的能量转换成中子的效率看,和美国LLNL上的大型激光器NOVA上的每焦耳激光的中子产额相当,比日本大阪大学的大型激光装置Gekko 12上的数值大一个数量级,因此是一种很有 发展 前景的桌面台式的中子发生器,因为这种中子源的时间宽度只有1ps,是一个高中子通量的中子源,可用于材料 科学 和中子照相.

氘的团簇在吸收激光能量后要发生库仑爆炸,应该说到现在为止对于库仑爆炸的机理理解尚不非常清楚,尤其是团簇爆炸后产生的氘分子和氘的小团簇如何产生氘-氘的聚变反应也缺乏细致的了解,在进一步的改进方面,还有发展的余地,例如,如何采用多束的超短超强激光同时照射团簇,或用大于50T的脉冲磁场去推迟热等离子体的解体时间,以增加中子产额.

利用超短超强激光和氘化聚乙烯作用来产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ,50fs,10Hz,10?18?W/cm2)轰击氘化聚乙烯靶也产生了104中子/脉冲,大约每焦耳的激光产生;104中子.Disdier等人用20J,400fs,5×1014W的激光辐照CD?2靶,获得107中子,每焦耳激光产生了;105中子,这是很高的中子产额,他们还要用500J,500fs,1pW的激光照射CD?2,以获得更多的中子.

在激光辐照CD?2平面靶时,除了要 研究 激光能量在CD?2靶上的能量沉积的分布外,如何充分地利用沉积的能量是一个很重要的 问题 .沉积的能量有很大一部分要转变成等离子体的动能,在平面靶的情况下,如何设计靶面形状,以最大限度地使等离子体的动能对D-D反应做贡献.

激光产生硬的超短(~100fs)X射线[12]

用超短超强激光(50mJ,)和50MeV的 电子 束散射可以产生4nm,300fs的硬X射线,虽然转换效率不高,但产生的X射线强度可以在Si表面产生衍射峰,可以用来研究Si表 面相 变过程(从固相→熔化过程)的时间分辨的研究,也可以研究蛋白质折叠动力学,蛋白质的折叠时间为1ns,用300fs的硬X射线可用来了解它的折叠过程中的状态.

激光产生正电子[13,14]

将具有几个MeV的电子,经过很好地准直后,射到一个高Z的靶上,通过Trident过程(Z+e-→Z′+2e-+e+)和Bethe-HEitler过程(Z+r→Z′+e-+e++r′)产生正电子,采用重复频率的超短超强激光和高Z靶的相互作用,每脉冲可以产生2×107个正电子,经过慢化后,储存在磁场中,它对于基础科学和材料科学的研究是很有用的.

4 主要存在的问题和 分析

这门新兴的交叉学科在国际上也只有十多年的 历史 ,但发展十分迅速,搞激光技术和原子核物理的科学家们已经开始在一起召开学术研讨会,共同参加一些实验,由于它是一个新的生长点,发展比较快,也比较容易发现一些新现象,所以合作的积极性也在日益增长.随着超短超强激光技术的发展,在粒子加速?核物理?甚至粒子物理方面可以做出一些很好的工作来.我国发展的情况有些滞后,学科之间的交叉和合作还没有真正形成,学科之间的了解和交流还不够,因此只在交叉学科的边缘上做了一些工作,按照我国在激光技术和核物理方面的力量来说,都应该有可能做出更多更好的工作. 目前 具有超短超强激光装置的研究单位并不少,但将它们运行好,做出好的物理工作的成果并不多.

国内的情况也和国际上相似存在着一个问题,即搞强激光技术的专家和搞核物理和粒子物理专家之间的交流?讨论不够,这就会 影响 这一交叉学科的发展.

从强场物理到超短超强激光技术,到 应用 于各个领域,在世界上是基础科学和技术进步相互推动,相互作用的一个范例,基础研究的需求,以及光学科学的基础,非线性科学的基础,促进了超短超强激光技术的发展,而高强度激光的发展又为物 理学 的发展提供一个崭新的世界.

参考 文献

[1] Tajima T, Mourou G. Physical Review Special Topics\|Accelerators and Beams, 2002, 5:037301

[2] Mourou G, Tajima T, Bulanov S V. Reviews of Modern Physics, 2006, 78: 309

[3] Lee mans W P et al. Nature Physics, 2006, 2: 696

[4] Thomas Katsouleas. Nature, 2004, 431: 515

[5] Mangles S P D et al. Nature, 2004, 431 :535

[6] Geddes C G R et al. Nature, 2004, 431: 538

[7] Farue J et al. Nature, 2004, 431:541

[8] Wilks S C et al. Physics of Plasma, 2001, 8:542

[9] Schwoerer H et al. Nature , 2006, 439: 445

[10] Perkins L J et al. Nuclear Fusion,2000, 40:1

[11] Zweiback J et al. Phys. Rev. Lett.,2000, 85:3640

[12] Kmetec J D et al. Phys. Rev. Lett.,1992, 68: 1527

[13] Gahn C et al. Appl. Phys. Lett., 2000,77 : 2662

[14] Gahn C et al. Phys. Rev. Lett., 1999, 83 :4772

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华南理工大学环境与能源学院2017硕士研究生答辩工作通知

学院将于2017年6月8日(星期四)上午9：00统一进行硕士研究生答辩会，请各导师和学位申请人做好答辩各项准备工作。下面，我为大家提供华南理工大学环境与能源学院关于2017年上半年硕士研究生答辩时间及办理答辩手续等有关工作安排的通知，全文如下：

一、答辩资格

已经完成毕业资格审核且论文评审通过的学位申请人办完答辩手续后可以参加答辩。

1.毕业资格审核：培养环节材料没有交齐，未完成毕业资格审核的学位申请人，不能参加答辩，学位申请人可登陆研究生系统(以下简称“系统”)查看毕业资格审核结果。

2.我校学位办盲审和学院盲审的论文,评审结果会直接在系统上显示，学生可以在系统上查询。对于免盲审的学位申请人，评审结果请在5月25日前返回到教务员处，由教务员录入系统，在系统上学位申请人可以查阅评审结果。论文评审结果没有录入系统之前，学位申请人无法在系统里面填写答辩材料!论文评审结果分为同意答辩、适当修改后可答辩、须做重大修改后方可答辩、不同意答辩四种情况，按以下方式统一处理：

(1) 如两位评阅人均同意答辩，论文作者即可申请学位论文答辩。

(2)如有一位评阅人认为论文需要进行适当的修改，另一位评阅人同意答辩，或两位评阅人均认为论文需要进行适当的修改，论文作者应当按照修改意见进行修改，并经指导教师审阅通过后方可答辩。

(3)评审结果出现下列情况之一，不能进行答辩申请。论文作者须对论文做出重大修改，三个月后至一年内方可重新申请论文答辩：

①有评阅人不同意答辩。

②有评阅人认为论文需做重大修改后方可答辩。

二、办理答辩手续

1. 5月31日前后学院公布各学位申请人的答辩分组和答辩委员会名单，下发答辩用成绩单(一式两份)、答辩委员空白聘书(5份/生)给学位申请人。6月2日前学位申请人将已经胶状好的学位论文6本((符合学位论文撰写规范要求))和已经填写好的答辩委员聘书交给各组答辩委员会秘书(论文最终版的学位论文pdf电子版以”专业名称+学号+姓名”命名请发送给各答辩组秘书)，由答辩委员会秘书组织将学位论文提前送给答辩专家审阅，论文具体递送方式由秘书安排。

2. 学院公布各学位申请人的答辩分组安排和答辩委员会名单以后，学位申请人开始准备以下答辩材料，材料上如有本人签字或导师写意见签名的地方需首先签写完整，然后将所有材料装入学院下发的答辩专用档案袋内(在职工程硕士请到学院办公室B4-209领取)，各答辩组于6月1日收齐档案材料交到学院办公室(以答辩组为单位上交)，学院教务员对答辩材料进行审核，在材料上相应位置盖章签字后通知各组取回并下发答辩表决票5张/人。

(1)硕士研究生档案目录(本表请直接从网页下载打印，下载地址;)：填写好姓名、专业、指导教师、学院。

(2)学位信息打印件1份和授予学位人员资格审批表(以下简称“审批表”)1份：学位申请人登录“研究生系统”在“我的学位自助”填写有关学位信息，填写完整并核对无误后提交，提交后即可打印资格审批表和学位信息打印件。

学位信息打印件打印出来以后，请学位申请人在学位信息打印件右上角指定位置签名确认。

“审批表”用A4纸单面打印，该表除了签名外所有内容必须用电脑录入，不可手写，表中的成绩审核栏办理答辩手续时由教务员审核签名，表中的答辩决议在答辩完后由答辩秘书统一填写并请答辩委员会主席签名。该表作为学院学位评定分委员会、校学位评定委员会审议的主要依据，学位申请人本人要据实、完整地在系统中录入信息并打印此表，如有涂改、手写、放空不填或其它明显错误的将责令学位申请人重填。

(3)研究生学位(毕业)论文答辩及授予学位审批材料(以下简称“审批材料”)一式2份：学位申请人下载 “审批材料”(学术型硕士和专业学位硕士分别对应附件1和附件2)，“审批材料”一式两份，用A4纸单面打印并装订成册。用钢笔、签字笔填写(也可经电脑填写、打印，但签名的地方需用笔签名)，填写完后请导师签署意见。材料第3页“Ⅱ-2培养计划完成情况”(工程硕士为“Ⅱ-2课程学习情况” )用教务员统一下发的成绩单替换。材料上学院审查意见、学位评定分委员会意见在学院审核时由教务员填写。材料第11页“Ⅳ - 2答辩委员会对论文的评定意见”答辩会结束后由答辩秘书统一填写并请答辩委员会成员签名。

(4)评阅书2份：免盲审要求原件，盲审要求复印件(由教务员下发)。

(5)硕士学位论文分会复审意见表(附件3)1份：学位论文评阅结果出现1份或者2份要求“适当修改后”答辩的`学生，需要提交硕士学位论文分会复审意见表。2份评阅书均为同意答辩的学生无需交此表。

(6)在职的工程硕士需要准备两张与在研究生院综合管理系统中上传的电子照片一致的大1寸彩色免冠相片各一张用于制作学位证书。相片要求如下：

① 采集标准：

·图片尺寸(像素)：宽150、高210

·大小：≤10K、格式：JPG

·成像区全部面积48mm×33mm;头部宽度21mm-24mm，头部长度28mm-33mm;下额到头顶25mm-35mm;像长35mmX45mm

·被摄人服装：白色或浅色系

·照片背景：单一蓝色

② 电子照片必须由数码相机拍摄，免冠，头顶距离顶部约占照片高度的3/10。

3. 硕士学位论文答辩:6月8上午9:00开始进行学位论文答辩。学位申请人必须已经办完答辩手续，材料齐全方可参加答辩会。学位申请人请自行准备20分钟ppt汇报论文主要内容，答辩过程按照学校“华南理工大学研究生学位论文预答辩和答辩的基本程序”(附件3)执行。

4.答辩后学位申请人根据答辩专家意见修改论文。6月8前答辩委员会秘书务必先将“审批材料”第11页“Ⅳ - 2答辩委员会对论文的评定意见”整理好发给学位申请人用于装订学位论文(装在每本存档论文的致谢部分的后面)，存档的学位论文要求准备至少4本，并于6月12日12:00前交3本到学院，另1本由学生在图书馆办理离校手续时自行交到图书馆。注意：这4本论文用于存档，必须完整、准确：(1)题名页分类号、答辩委员会成员要填写完整;(2)原创性声明部分作者签名、是否保密、导师签名、联系地址、邮箱和电话、日期都必须签写完整。(3)封面导师姓名要含职称,且不能出现简称用语，比如“高级工程师”写成“高工”。导师姓名必须与系统里面的导师姓名一致。学术型硕士导师只能填1人(入学时以联合培养招收的学术型硕士导师是2人)，专业学位导师2人。

答辩委员会秘书请于6月9日12:00之前将已经整理好的学位申请人的档案袋交到学院。

原文地址：

库仑力!原子核带正电，电子带负电，正负吸引！