极强激光脉冲的很快发展研发了物理学的新领域，这某种程度反映在基础研究中也反映在工程应用于上。利用激光-靶相互作用产生大量数MeV光子的前景近期更有了尤其的留意，这是由于这种方法有很多潜在应用于价值，其中还包括电子极产生、实验室天体物理、光子-原子核谱学、电磁辐射化疗以及放射线外科学。 开建的很多激光装置在旋即的将来可以超过51022W/cm2的强度。大多数早前的模拟计算指出对于PW级激光系统来说在强度高于1023W/cm2时实时升空不太可能构建相当可观激光能量向高能光子的改变。
尤其地如果要构建百分之十总能量转化率并使电磁辐射反作用效应显得显著激光强度或者激光功率要有一个数量级的提升。 本文利用2D和3D粒子模拟程序研究了强度为51022W/cm2PW级激光脉冲电离辐射液体密度块状靶材时升空的光子。
第一步检验了液体薄靶材在被一个激光脉冲电离辐射时的展现出，激光参数和texasPW装置类似于。用于51022W/cm2PW级激光脉冲对几种有所不同密度的靶材下展开了2D的PIC仿真。
具体来说，用于了一个波长1m、线偏振（电场方向在仿真平面内）的高斯型脉冲。脉长100fs。
与51022W/cm2比较不应的峰值归一化振幅是a0190。靶初始原作为几乎电离的均匀分布碳等离子体，电子密度在ne4.5nc到ne110nc之间，这实质上对应了泡沫和塑料靶。nc=1.11021cm-3是临界密度。
仿真盒子的大小是1010nm,每个盒子里有20到50个电子以及10到20个离子。 如图1右图，对于高密度靶，激光穿出靶材只是由于平稳的烧孔效应，而在低密度情况下，激光脉冲通过相对论诱导半透明穿越靶材。密度扫瞄表明数MeV光子产额随着相对论半透明的经常出现而升高。
图1.2D仿真下各种密度下激光能量转化成为1、10、20MeV光子的效率（板块（b））。板块（a）和（c）展出了ne=10nc,时间为300fs以及ne=50nc,时间为250fs时密度和电场的快照，能量多达10MeV的光子升空用红色圈回应。
这两种仿真中电磁辐射能量的时间分数按照升空电子的横向动量（（d）和（（f））以及相对于激光完整传播轴夹角（（e）和（g））的函数所列。 图2.（a）2D地下通道仿真中300fs时磁场Bz以及电子密度的快照。（b）样本电子轨迹（黑色），升空多达2MeV（黑圈），升空多达30MeV（白圈）的能量。背景的颜色回应了单个盒子中升空的能量多达30MeV光子的个数。
然而，这些优点的获得是以光子束的方向性为代价的。传播在相对论半透明区的激光束是不稳定的。当激光脉冲背离轴向（闻图1（a））时被脉冲加快的高能电子也不会再次发生背离。
由于这些电子主要沿着他们动量的方向升空光子，光子束的方向性显得不确认。 磁场（图2（a））快照的对比说明了了电子电流产生的强磁场的不存在，在地下通道边缘清晰可见。地下通道内电子可产生的仅次于磁场可以估计为： 假设电子密度ne大体为地下通道电子密度并且R为地下通道半径。这一表达式同时假设所有的电子都以相对论速度前向移动，事实上，一些电子相对于地下通道轴线以一定的角度移动。
虽然公式（2）最后过高估计了电子电流以及适当的磁场，但获取了一个数量级估算，B=0.3B0，这与~0.2B0的仿真观测值非常。其中B02106T，为电磁波的磁场。
因此我们可以获得两个结论。第一，估计指出慢变的磁场是由地下通道内的电子团产生的。
更加最重要的是等离子体可以保持一个与激光脉冲非常的磁场。 强劲的能行磁场在一定程度上减少了沿地下通道移动电子所感受到的磁场。
最重要的是由这一磁场产生的力没像在激光场中那样被电场补偿掉。在a0=190时，电子响应时间相对论修正的结果离子的响应时间非常，因此妨碍了强纵向类静电场的产生。对典型的能行磁场B~0.2B0，可以获得24103与仿真中观测到的结果吻合。
这就证实了地下通道内强化的gamma射线升空必要与强劲的能行磁场有关。 综上所述，研究找到既是是在以上激光强度下在一定密度区域内光束的数MeV的光子束可以高效的产生。再行这一区域内，在等离子体内驱动了准静态MT量级的磁场：相对论半透明，必要激光加快以及实时升空。与以往文献中的密度区域有所不同，等离子体密度必需显著的高于相对论临界密度。
激光脉冲持续时间和等离子体密度必需自由选择合理以使强磁场区域充足的长需要使前向运动的电子沿着地下通道多次声浪。对于PW级别的激光脉冲，预先设计的靶材结构在与激光相互作用时内部的地下通道变成相对论半透明，这一地下通道可以掌控光子束的方向性并且产生数十TW定向的MeV光子。电磁辐射光子的特性不会使一些在光学、医学化疗、同位素产生以及核物理方面的新奇应用于的发展沦为有可能。
摘译自：D.J.Stark,EnhancedMulti-MeVPhotonEmissionbyaLaser-DrivenElectronBeaminaSelf-GeneratedMagneticField.Physicalreviewletters,2016,116:185003.。
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