中等相对论激光强度下直接激光加速电子产生的明亮 betatron 辐射

本文讨论了在近临界电子密度（NCD）等离子体中电子的直接激光加速（DLA）及相关的类同步辐射，针对中等相对论激光强度（归一化激光振幅 $a_0$ $\leq$ 4.3）和皮秒长脉冲。该 regime 是面向高能密度研究的 kJ PW 级激光装置的典型 regime。目前，在 PHELX 激光上的实验中已证明，10$^{19}$ W/cm$^{2}$ 亚皮秒激光脉冲与亚毫米长 NCD 等离子体的相互作用会产生高电流、良好定向的超有质动力电子，其有效温度比有质动力势高 10$\times$ [O. Rosmej 等, PPCF 62, 115024 (2020)]。三维粒子网格（Particle-In-Cell）模拟与所测电子能谱吻合良好，并在本工作中用于研究 DLA 加速电子的同步辐射。所得 X 射线谱的临界能量为 5 keV，在聚焦激光能量 20 J 下，1–30 keV 光子能量范围内的光子数高达 7$\times$10$^{11}$。本文给出了基于 PHELIX 激光参数、利用 DLA 过程的 betatron X 射线相衬成像数值模拟。该结果对需要皮秒 X 射线脉冲和高光子通量的高能密度（HED）实验应用具有意义。