X射线自由电子激光与金属钌相互作用双温模型的数值分析

• Published in: 核技术 Vol. 47; no. 7; pp. 15 - 24
• Main Authors: 海雪, 张斐斐, 温阿利, 殷亚茹, 任翠兰, 怀平
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 上海科技大学 大科学中心 上海 201210%中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800 01.07.2024; 中国科学院大学 北京 100049; 上海科技大学硬X射线自由电子激光装置(SHINE) 上海 201210; 中国科学院大学 北京 100049%中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800%上海科技大学 大科学中心 上海 201210; 上海科技大学硬X射线自由电子激光装置(SHINE) 上海 201210%中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800; 中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800; 上海科技大学 大科学中心 上海 201210; 中国科学院上海高等研究院 上海光源科学中心 上海 201204
• Subjects: X射线自由电子激光; Numerical analysis; 双温模型; 数值分析; Ru film; 金属钌薄膜; Two-temperature model; X-ray free electron laser
• ISSN: 0253-3219
• DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.070201

O437; 金属钌(Ru)具有优异的力学性能和化学稳定性,同时具有高反射率、较大临界角等优异性能,是自由电子激光装置中光学元件的候选镀层材料之一.本文对X射线自由电子激光(X-ray Free-electron Lasers,XFEL)脉冲与金属钌薄膜相互作用过程进行了模拟,采用数值方法求解双温模型(Two-temperature Model,TTM),得到了电子和晶格温度随时间的演化规律.获得激光的脉冲宽度、能量密度、穿透深度、材料的电声子耦合系数等对激光与金属钌相互作用过程中热效应的影响规律.通过对X射线自由电子激光脉冲与金属相互作用过程的双温模型数值解,可以获得材料中电子和晶格温度随时间的演化规律,并探究光源的参数对其热传输过程的影响.研究发现,金属钌晶格平衡温度与能量密度呈正相关;金属钌电子最高温度随脉冲宽度的增加而降低;金属钌的晶格平衡温度随穿透深度的减小而增加,最终趋于稳定;电子-声子平衡时间与电声子耦合系数呈负相关.本文获得X射线自由电子激光脉冲与金属钌相互作用的相关数据及基本演化规律,有助于进一步理解金属钌在激光辐照作用下材料的热效应演化机制,为自由电子激光装置光学元件薄膜材料的选取及辐照性能分析提供理论依据.