Vielen Dank für Ihren Besuch auf nature.com.Sie verwenden eine Browserversion mit eingeschränkter CSS-Unterstützung.Um die beste Erfahrung zu erzielen, empfehlen wir Ihnen, einen aktuelleren Browser zu verwenden (oder den Kompatibilitätsmodus im Internet Explorer zu deaktivieren).In der Zwischenzeit zeigen wir die Website ohne Stile und JavaScript an, um eine kontinuierliche Unterstützung zu gewährleisten.Karussell mit drei Dias, die gleichzeitig angezeigt werden.Verwenden Sie die Schaltflächen Zurück und Weiter, um durch drei Folien gleichzeitig zu navigieren, oder die Schaltflächen mit den Folienpunkten am Ende, um jeweils drei Folien zu überspringen.Nikita Medwedew & Beata ZiajaHiroki Kato, Hideo Nagatomo, … Keisuke ShigemoriR. Hollinger, S. Wang, … JJ RoccaRachel J. Ehemann, R. Stewart McWilliams, … Hanns-Peter LiermannOS Humphries, P. Allan, … SM VinkoD. McGonegle, PG Heighway, … JS WarkAndrey A. Shiryaev, Jonathan A. Hinks, … Igor I. WlassowM. Barberio, S. Giusepponi, … P. AnticiVojtěch Horný, Sophia N. Chen, … Julien FuchsScientific Reports Band 12, Artikelnummer: 15173 (2022 ) Diesen Artikel zitierenJüngste Studien haben gezeigt, dass energiereiche lasergetriebene Ionen mit einer gewissen Energiestreuung kleine Proben mit fester Dichte gleichmäßig erwärmen können.Der Ausgleich der Energieverluste der Ionen mit unterschiedlicher kinetischer Energie führt zu einer gleichmäßigen Erwärmung.Obwohl das Aufheizen mit einem energiereichen lasergetriebenen Ionenstrahl innerhalb einer Nanosekunde abgeschlossen ist und oft als ausreichend schnell angesehen wird, erfolgt es nicht sofort.Hier präsentieren wir eine theoretische Studie der zeitlichen Entwicklung der Temperatur von Gold- und Diamantproben in fester Dichte, die durch einen quasimonoenergetischen Aluminiumionenstrahl erhitzt wurden.Wir berechnen die zeitliche Entwicklung der vorhergesagten Temperaturen der Proben unter Verwendung der verfügbaren Bremsleistungsdaten und der SESAME-Zustandsgleichungstabellen.Wir stellen fest, dass die Temperaturverteilung anfangs sehr gleichmäßig ist, was während des Aufheizvorgangs ungleichmäßiger wird.Dann verbessert sich die Temperaturgleichmäßigkeit allmählich, und gegen Ende des Erwärmungsprozesses wird eine gute Temperaturgleichmäßigkeit erhalten.Die Beschleunigung von Ionen mit modernen Hochleistungslasersystemen hat zur Entwicklung intensiver Ionenquellen mit hoher kinetischer Energie geführt1,2,3,4,5,6.Lasergetriebene Ionen mit Geschwindigkeiten von bis zu einigen zehn Prozent der Lichtgeschwindigkeit wurden experimentell erzeugt und tragen mehrere zehn MeV/Nukleon6,7,8,9,10,11.Beispielsweise wurden in jüngsten Experimenten lasergetriebene Protonen mit einer maximalen kinetischen Energie von annähernd 100 MeV demonstriert9,10,11.Diese lasergetriebenen Protonen oder Ionen übertragen ihre kinetische Energie sehr schnell über Coulomb-Kollisionen auf eine Probe, bevor eine signifikante hydrodynamische Ausdehnung der Probe auftritt12,13,14,15.Die erhitzte Probe erreicht oft hohe Temperaturen über 10.000 K16,17,18,19,20, während sie immer noch eine nahezu feste Dichte beibehält.Aufgrund dieser Eigenschaften können lasergetriebene Ionen in Forschungsbereichen wie der Untersuchung von warmer dichter Materie17,18,19,20 und schneller Zündung21,22 verwendet werden.Da Temperaturgradienten innerhalb einer Probe die Analyse der gemessenen physikalischen Eigenschaften einer erhitzten Probe erschweren, ist es wünschenswert, die Probe gleichmäßig zu erhitzen, um ihre physikalischen Eigenschaften zu untersuchen16.Typische lasergetriebene Ionen erwärmen jedoch bevorzugt die Vorderfläche der Probe, da sie eine Maxwellsche Energieverteilung aufweisen6,23, in der weniger energiereiche Ionen überwiegen.Niedrigenergetische Ionen übertragen ihre gesamte kinetische Energie und stoppen in der Nähe der Vorderfläche der Probe.Im Gegensatz dazu deponieren energiereichere Ionen ihre kinetische Energie hauptsächlich um die Rückseite der Probe herum.Sie übertragen nur einen kleinen Bruchteil ihrer kinetischen Energie, bevor sie ihre Bragg-Spitzen erreichen24, wo der größte Teil der Energieübertragung stattfindet.Die um die vordere Oberfläche der Probe herum übertragene Energie ist größer als die nahe der hinteren Oberfläche übertragene Energie, da die Anzahl weniger energiereicher Ionen größer ist als die Anzahl energiereicherer Ionen für die Maxwellsche Energieverteilung.Lasergetriebene Ionen mit einer gewissen Energiestreuung wurden experimentell1,2,3,25,26 und theoretisch15,27,28 untersucht.Für einen Ionenstrahl mit einer gewissen Energiestreuung kann eine gleichmäßige Erwärmung als Ergebnis des Gleichgewichts zwischen der von den Ionen mit niedriger Energie übertragenen Energie und der von den Ionen mit hoher Energie übertragenen Energie erreicht werden.Jüngste Studien12,16 haben gezeigt, dass ein hochenergetischer lasergetriebener Aluminiumionenstrahl3,29 mit einer gewissen Energiestreuung kleine Proben mit fester Dichte ziemlich gleichmäßig auf Temperaturen über 10.000 K erhitzen kann.Während frühere Studien auf eine gute Temperaturgleichmäßigkeit der resultierenden Proben aus warmer dichter Materie hindeuten12,16, hat keine Studie die Temperaturgleichmäßigkeit während des Erhitzens untersucht.Es ist durchaus möglich, dass die Temperaturgleichmäßigkeit zu Beginn oder in der Mitte des Heizvorgangs schlecht ist.Beispielsweise kann die Temperaturgleichmäßigkeit der Probe in der Mitte des Erwärmungsprozesses schlecht sein, da hochenergetische Ionen mehr kinetische Energie auf die Rückseite der Probe übertragen als auf die Vorderseite.Die Temperaturverteilung wird gleichmäßiger, wenn niederenergetische Ionen die Probe erreichen und die Vorderfläche erwärmen.Hier untersuchen wir die zeitliche Entwicklung der berechneten Temperaturen von dichten Gold- und Diamantproben, die durch einen lasergetriebenen Aluminiumionenstrahl in Lit. 12 erhitzt wurden.Wir verwenden den Monte-Carlo-Simulationscode SRIM30 und SESAME-Zustandsgleichungstabellen (EOS)31,32,33,34,35, um die erwarteten Temperaturen der Proben zu verschiedenen Zeiten zu berechnen.Basierend auf diesen Berechnungen untersuchen wir die Temperaturgleichmäßigkeit der aufgeheizten Festkörperproben während des gesamten Aufheizprozesses.Abbildung 1a zeigt einen lasergetriebenen Aluminiumionenstrahl3, der auf Gold- und Diamantproben trifft12,16.Nachdem ein intensiver (~ 2 × 1020 W/cm2) Laserpuls eine 110 nm dicke Aluminiumfolie bestrahlt hat, wird ein energiereicher Aluminiumionenstrahl mit einer gewissen Energiestreuung erzeugt3.Der lasergetriebene Aluminiumionenstrahl divergierte mit einem 20°-Kegelhalbwinkel3 und traf auf 10 μm dicke Gold- und 15 μm dicke Diamantproben, nachdem er eine Entfernung von Quelle zu Probe von 2,37 mm mit einem Einfallswinkel von 45°12,16.Ein 5 μm dicker Aluminiumfilter, der 0,37 mm hinter der Quelle und 2,0 mm vor den Proben eingesetzt wurde, blockierte jegliches Laserlicht, das durch die 110-nm-Al-Folie hindurchging, sowie niederenergetische Protonen (< 0,5 MeV) und niederenergetische Aluminiumionen ( < 10 MeV)12,16.In Abb. 1b zeigen die schwarzen Balken die Eingabedaten für unsere SRIM-Simulationen, die das Energiespektrum von 10.000 Aluminiumionen darstellen, die auf Gold- und Diamantproben einfallen.Die durchschnittliche kinetische Energie der Aluminiumionen beträgt 140 (± 33) MeV in Abb. 1b, und das Eingangsenergiespektrum basiert auf einem typischen Energiespektrum, das in Lit. 3 mit einem Thompson-Parabel-Ionenspektrometer gemessen wurde.(a) Ein lasergetriebener Aluminiumionenstrahl mit einer gewissen Energiestreuung trifft in einem Einfallswinkel von 45° auf Gold- und Diamantproben.Der lasergetriebene Aluminiumstrahl erhitzt Gold- und Diamantproben isochor.(b) Energiespektrum der einfallenden Aluminiumionen, gemessen aus Ref.3, das in unseren SRIM-Berechnungen verwendet wird.Wir können die auf die Proben zu unterschiedlichen Zeiten aufgebrachte Energie berechnen, indem wir die Bremsleistungsdaten von SRIM und das gemessene Energiespektrum der einfallenden Aluminiumionen verwenden, die in Abb. 1b gezeigt sind.Beachten Sie, dass die Ankunftszeit eines einzelnen Aluminiumions mit zunehmender kinetischer Energie abnimmt.Beispielsweise erreicht ein 200-MeV-Aluminiumion Gold oder Diamant 63 ps, nachdem der Laserpuls die Aluminiumfolie bestrahlt hat, wohingegen ein 50-MeV-Aluminiumion 125 ps benötigt, um die gleiche Strecke zurückzulegen.Abbildung 2a und b zeigen die Heizleistungen und die deponierte Energie pro Ion für eine 10 μm dicke Goldprobe und eine 15 μm dicke Diamantprobe als Funktion der Zeit.Die durchgezogenen roten Kreise zeigen die Heizleistung für Gold und die hohlen violetten Kreise zeigen die deponierte Energie pro Ion in Abb. 2a.In Abb. 2b zeigen die ausgefüllten blauen Dreiecke die Heizleistung für Diamant und die leeren schwarzen Dreiecke die deponierte Energie pro Ion.Wir definieren die Heizleistung der einfallenden Aluminiumionen als die durchschnittlich deponierte Energie pro Ion pro Zeiteinheit.In Abb. 2a und b haben wir den Einfallswinkel von 45° bei der Berechnung der entsprechenden Laufzeiten der einfallenden Ionen innerhalb der Proben berücksichtigt12,16.(a) Aufgetragen ist die Heizleistung der einfallenden Aluminiumionen für eine 10 μm dicke Goldprobe unter einem Winkel von 45° als Funktion der Zeit von 0 bis 125 ps.Die deponierte Energie pro Ion ist auch als Funktion der Zeit dargestellt.(b) Die Heizleistung für eine 15 μm dicke Diamantprobe bei einem Winkel von 45 ° ist als Funktion der Zeit von 0–125 ps gezeigt.Die deponierte Energie pro Ion ist auch als Funktion der Zeit dargestellt.Die Heizleistung bleibt vor 63 ps oder bis 200 MeV Aluminiumionen die Proben erreichen vernachlässigbar.Dies stimmt mit dem winzigen Anteil (1,6 %) der Aluminiumionen über 200 MeV überein, wie in Abb. 1b gezeigt.Darüber hinaus verlieren Aluminiumionen mit dieser hohen kinetischen Energie nur einen kleinen Bruchteil ihrer kinetischen Energie, da ihre Reichweite größer ist als die Probendicke.Beispielsweise überträgt ein 400-MeV-Aluminiumion nur 16 % seiner anfänglichen kinetischen Energie auf die Goldprobe, wohingegen ein 200-MeV-Aluminiumion 47 % seiner kinetischen Energie überträgt.In Abb. 2a erreicht die Heizleistung ihren Spitzenwert bei 69,2 ps, und die meiste Erwärmung erfolgt während 68–86 ps.Dieses Zeitintervall entspricht Aluminiumionen mit einer kinetischen Energie im Bereich von 107–173 MeV, die etwa 79 % der gesamten einfallenden Ionen ausmachen, wie in Abb. 1b gezeigt.Bei Gold übertragen 107-MeV-Aluminiumionen ihre gesamte kinetische Energie auf die Probe, während 173-MeV-Aluminiumionen 101 MeV auf die Probe übertragen.Nach 86 ps erreichen Aluminiumionen mit kinetischen Energien kleiner 107 MeV die Probe.Diese Ionen machen 16 % der Gesamtionen aus und stoppen innerhalb der Probe, nachdem sie ihre gesamte kinetische Energie übertragen haben.Während des Intervalls von 86–125 ps sinkt die Heizleistung auf weniger als 1 MeV/ps für Gold.Abbildung 2b zeigt die Heizleistung für die Diamantprobe, die der in Abbildung 2a gezeigten Goldprobe ähnlich ist.Die Heizleistung für die Diamantprobe ist etwas niedriger als die für die Goldprobe vor 86 ps.Beispielsweise hat die Heizleistung für die Goldprobe maximal 14,9 MeV/Ionen/ps bei 69,2 ps, während die Heizleistung für die Diamantprobe maximal 10,5 MeV/Ionen/ps bei 69,5 ps hat.Dies steht im Einklang mit der größeren deponierten Energie pro Ion für Gold (= 104 MeV/Ion bei 125 ps) im Vergleich zu der für Diamant (= 80 MeV/Ion bei 125 ps).Nach 86 ps sind die Heizleistungen jedoch nahezu gleich, da die Aluminiumionen ihre gesamte kinetische Energie sowohl auf die Gold- als auch auf die Diamantprobe übertragen.Abbildung 3a zeigt die zeitliche Entwicklung der Bremskraft der 10 μm dicken Goldprobe bei einem Einfallswinkel von 45° von 65 ps (leere schwarze Quadrate) bis 125 ps (ausgefüllte grüne Sterne).Die Stoppkraft der Goldprobe nimmt hauptsächlich im Intervall von 65–90 ps (leere blaue Kreise) zu, was dem Zeitintervall entspricht, in dem die meiste Erwärmung auftritt, wie in Abb. 2a gezeigt.Beispielsweise beträgt die Stoppleistung der Goldprobe bei 90 ps 6,87 (± 0,48) MeV/μm, was 91 % der Stoppleistung bei 125 ps von 7,50 (± 0,29) MeV/μm entspricht.Die zeitlichen Entwicklungen von (a) der Bremskraft einer 10 μm dicken Goldprobe bei einem Winkel von 45° und (b) der Bremskraft einer 15 μm dicken Diamantprobe bei einem Winkel von 45° sind als dargestellt Funktionen der Zieltiefe von 65 bis 125 ps.(c) Die Erwärmungsungleichmäßigkeiten der Gold- und Diamantproben werden als Funktion der Zeit im Intervall von 0–125 ps aufgetragen.Abbildung 3b zeigt die zeitliche Entwicklung der Stoppkraft der 15 μm dicken Diamantprobe bei 45° in Intervallen von 65–125 ps.Die Bremskraft des Diamanten nimmt hauptsächlich im Intervall von 65–90 ps zu, ähnlich wie bei der Goldprobe.Die Stoppkraft der Diamantprobe ist jedoch geringer als die der Goldprobe.Beispielsweise beträgt die Stoppleistung der Diamantprobe bei 125 ps 3,81 (± 0,21) MeV/μm.In Abb. 3a und b ist zu sehen, wie sich die Gleichmäßigkeit der Erwärmung mit der Zeit ändert.Um den Grad der Erwärmungsgleichmäßigkeit quantitativ zu bewerten, folgen wir der Definition der Erwärmungsungleichmäßigkeit in Lit. 16Abbildung 3c zeigt die Erwärmungsungleichmäßigkeiten von 0 bis 125 ps für Gold (durchgezogene rote Kreise) bzw. Diamant (durchgezogene blaue Dreiecke).Zunächst scheint die Erwärmung sowohl für die Gold- als auch für die Diamantproben ziemlich gleichmäßig zu sein.Bei der Goldprobe verschlechtert sich die Erwärmungsungleichmäßigkeit im Intervall von 45–78 ps.Während dieses Zeitintervalls treffen Aluminiumionen mit kinetischen Energien von mehr als 130 MeV auf die Goldprobe.Diese energiereichen Ionen haben Reichweiten, die länger als die Probendicke sind, und erhitzen die Rückseite stärker, wenn sie langsamer werden.Interessanterweise verbessert sich die Erwärmungsungleichmäßigkeit allmählich im Zeitintervall von 78–125 ps, was auf eine stärkere Erwärmung der vorderen und mittleren Regionen durch weniger energiereiche Ionen zurückzuführen ist.In der Diamantprobe nimmt die Erwärmungsungleichmäßigkeit zu, bis sie bei 87 ps ein Maximum von 11,3 % erreicht.Dann verbessert sich die Erwärmungsungleichmäßigkeit allmählich im Intervall von 87 bis 125 ps und wird am Ende des Erwärmungsprozesses 5,6 %.Sowohl bei den Gold- als auch bei den Diamantproben führt das Gleichgewicht zwischen der Erwärmung der vorderen Oberfläche durch langsamere Ionen und der Erwärmung der hinteren Oberfläche durch schnellere Ionen zu einer sehr gleichmäßigen Erwärmung gegen Ende des Erwärmungsprozesses, wie in Fig. 3c gezeigt.Während des gesamten Erwärmungsprozesses bleiben die Proben auf fester Dichte, da die Volumenzunahme während der Erwärmung auf der Grundlage der beobachteten Expansionsgeschwindigkeiten der erwärmten Proben in Lit. 12 voraussichtlich gering sein wird (< 3 %).Abbildung 4a–d zeigt die Temperaturverteilung innerhalb der 10 μm dicken Goldprobe und der 15 μm dicken Diamantprobe zu verschiedenen Zeiten von 65 bis 125 ps.Bei diesen Berechnungen wird ein Einfallswinkel von 45° berücksichtigt.Wir haben die Temperaturverteilung der erhitzten Gold- und Diamantproben anhand der Kaltstoppleistungsdaten von SRIM und den entsprechenden SESAME EOS-Tabellen berechnet.Wir schätzen, dass unsere Temperaturberechnungen für Gold bis zu 4 % Fehler und für Diamant bis zu 2 % Fehler enthalten können, da bekannt ist, dass die Bremskraft bei warmen dichten Plasmen größer wird36.In Lit. 36 wird eine Stoppkraftformel im Bethe-Stil für warme, dichte Plasmen vorgestellt.Unter der Annahme einer 10%igen Abnahme der mittleren Anregungsenergie für unsere warmen, dichten Gold- und Diamantproben schätzen wir eine Erhöhung der Stoppleistung von bis zu 4% für Gold und bis zu 2% für Diamant für einen 100-MeV-Aluminiumionenstrahl.Da der Korrektureffekt unbedeutend ist und die mittlere Anregungsenergie für warmes, dichtes Gold und Diamant nicht verfügbar ist, haben wir in unseren Berechnungen die Kaltstoppleistungsdaten von SRIM verwendet.Die Temperaturverteilung innerhalb der 10 μm dicken Goldprobe wird zu verschiedenen Zeiten von 65 bis 125 ps gezeigt.Die Temperaturen werden anhand der SESAME EOS-Tabellen (a) Nr. 2700 und (b) Nr. 2705 berechnet. Ebenso wird die Temperaturverteilung innerhalb des 15 μm dicken Diamanten zu unterschiedlichen Zeiten anhand der SESAME EOS-Tabellen (c) Nr. 2705 dargestellt 7830 und (d) Nr. 7834.In Fig. 4a wird die SESAME EOS-Tabelle Nr. 2700 verwendet, um die Temperatur der Goldprobe zu berechnen, während Tabelle Nr. 2705 für die Goldprobe in Fig. 4b verwendet wird.Je nach verwendeten EOS-Tabellen unterscheiden sich die erwarteten Temperaturen der Goldproben um etwa 10 %, wie in Abb. 4a und b dargestellt.Insbesondere beträgt die erwartete Temperatur einer 10 μm dicken Goldprobe unter Verwendung von Tabelle Nr. 2700 5,64 (± 0,13) eV bei 125 ps, während die erwartete Temperatur unter Verwendung von Tabelle Nr. 2705 5,13 (± 0,12) eV beträgt.Beachten Sie, dass die neuere SESAME-Tabelle Nr. 2705 33 dafür bekannt ist, die wichtigsten Hugoniot, Wärmeausdehnung, Raumtemperatur-Isotherme, Schmelzlinie, Dampfdruck und Wärmekapazität von reinem Gold vorherzusagen, die sich wesentlich von den entsprechenden unterscheiden und diesen überlegen sind Vorhersagen mit Tabelle Nr. 270016.Abbildung 4c und d zeigen ähnliche Berechnungen für die 15 μm dicke Diamantprobe unter Verwendung der SESAME EOS-Tabellen Nr. 7830 bzw. Nr. 7834.Für die Diamantprobe sagen die SESAME-Tabellen Nr. 7830 und Nr. 7834 ähnliche Temperaturen während des gesamten Erwärmungsprozesses voraus.Die erwartete Temperatur der 15 μm dicken Diamantprobe bei 125 ps unter Verwendung von SESAME EOS Table No. 7830 beträgt 1,89 (± 0,09) eV, während die vorhergesagte Temperatur unter Verwendung von SESAME EOS Table No. 7834 1,91 (± 0,10) eV beträgt.Die Unterschiede in den berechneten Temperaturen unter Verwendung der beiden unterschiedlichen EOS-Tabellen für die Diamantprobe sind während des gesamten Erwärmungsprozesses recht gering.Beachten Sie, dass die Strahlungsverluste in diesen Berechnungen auf der Grundlage unserer Schätzungen des Bremsstrahlungsenergieverlusts unbedeutend sind.Dies liegt daran, dass die optische Bremsstrahlungstiefe von Proben mit fester Dichte relativ kleine Werte (< 0,1 μm) bei Temperaturen in der Größenordnung von mehreren eV37 hat.Wir schätzen, dass der Bremsstrahlungsenergieverlust während einer Erwärmung von 20 ps weniger als 0,17 % für die Diamantprobe bei 1,9 eV beträgt.Um die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung innerhalb der erhitzten Probe zu verschiedenen Zeiten zu quantifizieren, definieren wir die Temperaturungleichmäßigkeit als15Abbildung 5a zeigt die zeitliche Entwicklung der Temperaturungleichmäßigkeit der Goldprobe unter Verwendung der SESAM-EOS-Tabellen Nr. 2700 (leere schwarze Kreise) und Nr. 2705 (ausgefüllte rote Kreise).Die unter Verwendung der SESAME EOS-Tabellen Nr. 2700 und Nr. 2705 berechnete Temperaturungleichmäßigkeit der Goldprobe scheint nahezu identisch zu sein.In beiden Fällen verschlechtert sich die Temperaturgleichmäßigkeit im Zeitintervall von 45–80 ps.Nach 80 ps verbessert sich die Temperaturgleichmäßigkeit jedoch allmählich und erreicht gegen Ende des Erwärmungsprozesses eine Temperaturungleichmäßigkeit von 2–3 %.(a) Die Temperaturungleichmäßigkeit der Goldprobe wird als Funktion der Zeit von 0 bis 125 ps gezeigt.(b) Die Temperaturungleichmäßigkeit der Diamantprobe ist als Funktion der Zeit von 0 bis 125 ps gezeigt.In ähnlicher Weise zeigt Fig. 5b die zeitliche Entwicklung der Temperaturungleichmäßigkeit der Diamantprobe unter Verwendung der SESAM-EOS-Tabellen Nr. 7830 (leere rote Dreiecke) und Nr. 7834 (ausgefüllte blaue Dreiecke).Die Temperaturungleichmäßigkeit der Diamantprobe steigt im Intervall von 45–87 ps auf 10–11 % an, verbessert sich allmählich nach 87 ps und beträgt am Ende des Erhitzens ~ 5 %.Die beiden EOS-Tabellen für Diamant sagen leicht unterschiedliche Werte voraus, wie in Abb. 5b gezeigt.Die vertikalen Fehlerbalken in Abb. 5a und b zeigen die Unsicherheiten in den erwarteten Temperaturen der Gold- bzw. Diamantproben, basierend auf der gemeldeten Schwankung von ± 30 % von Schuss zu Schuss in der einfallenden Aluminiumionenfluenz12,16.In Abb. 5a repräsentieren die horizontalen Fehlerbalken die geschätzte Relaxationszeit für die Goldprobe unter Verwendung des bekannten Elektron-Ionen-Kopplungsfaktors für warmes, dichtes Gold38,39,40,41.Basierend auf diesen Schätzungen erwarten wir, dass das lokale thermische Gleichgewicht innerhalb weniger Pikosekunden erreicht wird, sodass die berechneten Temperaturen in unseren Abbildungen sowohl die Elektronen- als auch die Ionentemperatur darstellen.Im Gegensatz dazu wird basierend auf unseren Berechnungen der Diffusionskoeffizienten von 5,6 eV Gold und 1,9 eV Diamant12,16 erwartet, dass das globale thermische Gleichgewicht erst nach ~ 1 µs von der Erwärmung für Gold und ~ 20 µs für Diamant erreicht wird.Mit anderen Worten, das globale thermische Gleichgewicht wird weder in Gold- noch in Diamantproben auf einer Nanosekunden-Zeitskala erreicht, die für diese Art von Experimenten relevant ist.Dies erklärt, warum es wichtig ist, die Temperaturverteilung innerhalb der erhitzten Probe zu verschiedenen Zeitpunkten während des Erhitzungsprozesses zu kennen.Wir haben die zeitliche Entwicklung der Temperaturverteilung in Gold- und Diamantproben untersucht, die mit energetischen quasimonoenergetischen Aluminiumionenstrahlen erhitzt wurden.Während es frühere Studien gab, die eine gute Temperaturgleichmäßigkeit von erwärmten Proben aus warmer dichter Materie nahelegten, hat keine Studie die Temperaturgleichmäßigkeit während des Erhitzens untersucht.Wir haben die erwarteten Temperaturen der erhitzten Proben unter Verwendung von SESAME EOS-Tabellen und den Bremsleistungsdaten von SRIM zu verschiedenen Zeiten berechnet.Gemäß unseren Simulationsergebnissen ist die Temperaturverteilung innerhalb der erhitzten Volldichteprobe zu Beginn sehr gleichmäßig, wird jedoch während des Erwärmungsprozesses sowohl für die Gold- als auch für die Diamantproben ungleichmäßiger (7–11 % Ungleichmäßigkeit).Anschließend verbessert sich allmählich die Temperaturgleichmäßigkeit und gegen Ende des Erwärmungsprozesses wird eine gute Temperaturgleichmäßigkeit (2–5 % Ungleichmäßigkeit) erreicht.Diese Studie zeigt zum ersten Mal die Entwicklung der erwarteten Temperaturverteilung in warmen, dichten Gold- und Diamantproben während des Erwärmungsprozesses.Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.Hegelich, BM et al.Laserbeschleunigung quasi-monoenergetischer MeV-Ionenstrahlen.Natur 439, 441–444 (2006).Artikel ADS-CAS Google ScholarSchwörer, H. et al.Laser-Plasma-Beschleunigung quasi-monoenergetischer Protonen von mikrostrukturierten Targets.Natur 439, 445–448 (2006).Artikel ADS-CAS Google ScholarPalaniyappan, S. et al.Effiziente quasi-monoenergetische Ionenstrahlen aus lasergetriebenen relativistischen Plasmen.Nat.Kommun.6, 1–12 (2015).Safronov, K. et al.Lasergetriebene Ionenbeschleunigung aus durch cw-Laser erhitzten dünnen Folien.Phys.Plasmen 25, 103114 (2018).Wang, P. et al.Beschleunigung superschwerer Ionen, angetrieben durch ultrakurze Laserpulse mit ultrahoher Intensität.Phys.Rev. 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BangSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenCS und SL führten Monte-Carlo-Simulationen durch und analysierten die Daten.WB und CS haben das Manuskript geschrieben.Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.Die Autoren erklären keine konkurrierenden Interessen.Springer Nature bleibt neutral in Bezug auf Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Verwendung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, solange Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen nennen. Stellen Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz bereit und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden.Die Bilder oder andere Materialien von Drittanbietern in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in einer Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist.Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung durch gesetzliche Vorschriften nicht gestattet ist oder die zulässige Nutzung überschreitet, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen.Eine Kopie dieser Lizenz finden Sie unter http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.Song, C., Lee, S. & Bang, W. Temperaturentwicklung von dichtem Gold und Diamant, die durch energetische lasergetriebene Aluminiumionen erhitzt werden.Sci Rep. 12, 15173 (2022).https://doi.org/10.1038/s41598-022-18758-9DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-18758-9Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:Leider ist für diesen Artikel derzeit kein teilbarer Link verfügbar.Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedItDurch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich mit unseren Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einverstanden.Wenn Sie etwas missbräuchlich finden oder unseren Bedingungen oder Richtlinien nicht entsprechen, markieren Sie es bitte als unangemessen.Wissenschaftliche Berichte (Sci Rep) ISSN 2045-2322 (online)Melden Sie sich für den Nature Briefing-Newsletter an – was in der Wissenschaft wichtig ist, täglich kostenlos in Ihrem Posteingang.