实验室天体物理学

谱线证认与等离子体诊断:通过合理设计实验,获得关键数据,对谱线证认模型进行检验及修正。利用强激光与靶(Ne、Mg、Si、S等)相互作用产生的激光等离子体,通过对观测谱的分析,研究双电子复合、超热电子和不透明度等对光谱的影响。同时,利用托克马克产生的低密度等离子体,对这两种等离子体光谱的比较探讨电子密度效应。通过对实验等离子体高分辨光谱波长确定,可以证认天体光谱中的谱线,也可以检验理论模型的正确性。初步的理论模型已经建立,物理所的激光器满足此类实验要求,具有可行性。

光电离过程的研究:吸积过程在天体中广泛存在,随之产生的辐射对周围物质产生光激发和光电离,对其等离子体状态产生决定性的影响。天文学家通过分析观测到的光谱(如谱线位置、相对强度),理论上就可以知道周围物质的状态、辐射温度等。实验将在日本大阪大学的Gekko或者国内的神光装置上进行。首先采用多路强激光注入到特殊设计的“dog-bone”空腔靶中,产生辐射温度在50eV左右的类普朗克分布的X射线波段的黑体辐射,利用这个辐射与特殊设计的混合物质(C、N、O、Ne、Ar、Mg、Si等元素)相互作用,产生天体物理感兴趣的光电离等离子体态,采用x射线谱仪,对光电离等离子体的光谱性质进行研究。之后与天文观测得到的相应光谱进行比对,可以检验和修正现有的吸积过程的理论模型。有建立类似理论模型的经验,已经获得大型激光器的实验发次,切实可行。

辐射不透明度的研究:辐射不透明度对天体物理中的恒星演化等问题具有非常重要的意义,随着高功率激光技术的迅速发展,利用激光产生的等离子体进行不透明度的实验测量成为检验和完善理论模型的重要的、有效的途径。在低温高密条件下,不同的理论模型结果之间存在很大差异,需要通过实验测量对理论模型加以验证和改善(如CH加溴,密度10g/cm3)。目前,这样的实验在国内外尚无报道,因此这样的实验与理论计算研究是很有意义的,对提升国内不透明度实验与理论研究在国际上的地位有很大的帮助。在具体的实验中,首先用高强度激光与薄靶相互作用,产生感兴趣波段的x射线辐射。该x射线辐射再通过一个预先产生的等离子体区,用谱仪对透过的x射线谱进行观测。比较透射谱和自发辐射谱,就可以计算不透明度。该实验需在长脉冲激光器上进行,并需要相应探测器,国内现有激光器“神光”具备以上实验条件。

冲击波是天体中的普遍行为。利用强激光和物质相互作用,可以得到高马赫数的冲击波。计划首先研究单冲击波的演化过程,之后利用双脉冲进行冲击波对撞实验。