通过 particle-in-cell 模拟对 X 射线激光驱动的固态 Al 等离子体进行动力学建模

由强 X 射线自由电子激光（XFEL）辐射驱动的固态密度等离子体，由非热光电离电子和俄歇电子作为种子源，这些电子通过碰撞使靶材电离并加热。常用于模拟此类等离子体的模拟代码，如碰撞辐射（CR）代码，通常假设 Maxwellian 分布，从而假设源电子瞬时热化。在本研究中，我们详细描述了一个碰撞 particle-in-cell 代码 PICLS 及其初步应用，该代码已扩展了自洽辐射输运模型以及光电离和 KLL 俄歇电离的 Monte-Carlo 模型，从而能够对 XFEL 驱动的等离子体进行全动力学模拟。该代码用于模拟先前在 Linac Coherent Light Source 上进行的两项研究 XFEL 驱动的固态密度 Al 等离子体的实验。结果表明，使用 Ecker-Kr"oll 连续态降低模型时，PICLS 模拟的脉冲透射率与测量值的吻合程度远优于使用 Stewart-Pyatt 模型的模拟。随时间变化的 PICLS 结果与 CR 代码 SCFLY 的类似模拟结果之间也发现了良好的定量一致性，后者在实验分析中用于准确重现观测到的 K{\alpha} 发射和脉冲透射率。最后，结果表明，对于所研究的特定实验条件，非热电子的影响可以忽略不计。