靶密度对激光加速碳离子在稠密等离子体中电荷转移的影响

我们报道了能量为若干 MeV 的激光加速碳离子穿透稠密部分电离等离子体时的电荷态测量。该等离子体由软 X 射线波段激光诱导的黑腔辐射辐照泡沫靶产生。我们使用密度为 2 mg/cm$^{-3}$、相互作用长度为 $1$ mm 的三醋酸纤维素（C$_{9}$H$_{16}$O$_{8}$）泡沫作为靶材料。相较于离子脉冲长度与相互作用持续时间，此类等离子体因良好均匀性与长寿命而利于高精度测量。诊断得到等离子体参数为 T$_{e}$=17 eV 与 n$_{e}$=4 $\times$ 10$^{20}$ cm$^{-3}$。观测到穿过等离子体的平均电荷态高于常用半经验公式的预测。通过求解速率方程，我们将此增强归因于靶密度效应：其一方面提高电离率，另一方面降低电子俘获率。在以往利用气体放电与 z 箍缩至激光直接辐照产生的部分电离等离子体的测量中，从未证实靶密度效应。我们首次实验证明，靶密度效应在接近钕玻璃激光辐射临界密度的等离子体中开始发挥显著作用。该发现对重离子束驱动的高能量密度物理与快点火具有重要意义。