随机磁场的质子成像

最近的激光-等离子体实验报告了具有动力学意义的磁场的存在，其统计表征对于理解这些实验试图研究的物理过程至关重要。在本文中，我们展示了如何使用质子成像诊断来确定一系列相关的磁场统计量，包括磁能谱。为实现这一目标，我们探索了随机磁场与成像该场时产生的图像通量分布之间解析关系的性质。我们得出结论，束流最终图像通量分布的特征通常显示出由单个场尺度依赖参数——对比度参数——决定的普适特性，该参数量化了随机场的关联长度、由磁偏转引起的质子位移以及图像放大率的相对大小。对于随机磁场，我们确立了四种对比度区域的存在——线性、非线性单射、焦散和扩散——在这些区域下，质子通量图像以定性不同的方式与其母场相关联。因此，证明了在线性或非线性单射区域中，束流所经历的路径积分磁场可以被唯一提取，在进一步的各向同性统计假设下，磁能谱也可以被提取。在焦散或扩散区域中，这不再成立。我们还讨论了对于非均匀、多尺度随机场，对比度区域表征所出现的复杂性，以及当前实验能力对提取磁场统计量所施加的限制。本文呈现的结果提供了随机磁场质子图像的全面描述，并应用于改进对给定质子通量图像的分析。