In this work, characteristics of X/γ-ray radiations by intense laser interactions with high-Z solids are investigated by means of a newly developed particle-in-cell (PIC) simulation code. The PIC code takes advantage of the recently developed ionization and collision dynamics models, which make it possible to model different types of materials based on their intrinsic atomic properties. Within the simulations, both bremsstrahlung and nonlinear Compton scatterings have been included. Different target materials and laser intensities are considered for studying the parameter-dependent features of X/γ-ray radiations. The relative strength and angular distributions of X/γ ray productions from bremsstrahlung and nonlinear Compton scatterings are compared to each other. The threshold under which the nonlinear Compton scatterings become dominant over bremsstrahlung is also outlined.

应用多光子非线性Compton散射模型、横等离激元色散方程和Karpman方法，研究了Compton散射对横等离激元与对等离子体作用特性的影响，提出了将入射超强激光和Compton散射作为横等离激元与对离子等离子体非线性作用新机制，给出了横等离激元非线性控制方程、等离激元数和能量公式。结果表明：与散射前相比，Compton散射使等离子体密度发生剧烈扰动，高频横等离激元与低密度扰动耦合非线性增强，导致横等离激元落入低密度区的几率增大。等离子体非线性频移和高密度区能量增加，低密度区能量减小，导致横等离激元电场包络迅速坍塌，等离激元数增加，场强度更强。

应用Compton散射模型、平均原子模型和碰撞-辐射模型,研究了超强激光等离子体推进机制,提出了将入射光和Compton散射光作为超强激光等离子体推进新机制,给出了束缚电子占据概率和流体力学修正方程,得到了O、Ne、N、Xe的等离子体烧蚀压、等效烧蚀深度和烧蚀速度随入射激光功率密度变化的模拟结果。结果表明：与散射前相比,随着激光功率密度增大,Xe烧蚀压最大,其次是Ne、O、N;O等效烧蚀深度最大,其次是N、Xe、Ne;Ne弛豫时间最长,其次是O、N、Xe;Xe烧蚀速度最快,其次是Ne、O、N。采用含电子多的轻元素超强激光等离子体,有利于等离子体整体推进。

应用多光子非线性Compton散射模型和数值计算方法,研究了Compton散射对超强激光与等离子体作用中能量输运的影响,提出了将Compton散射光和入射超强光作为电子能量输运的新机制,给出了电子热传导新模型和能量输运数值计算结果.结果表明:散射使等离子体中Weibel不稳定性和自生磁场增强效应导致耦合光传输方向的电子密度显著减小,更多激光能量以热流形式分布在横向方向.散射使电子吸收能量的时间缩短和自生磁场线性阶段最大增长率增大效应导致等离子体表面处沿耦合激光横向方向的热流几乎被完全限制,电子在激光传输方向的能量显著增加.

应用多光子非线性Compton 散射模型和数值模拟方法, 研究了正弦三角超强激光等离子的尾场对正电子加速, 提出了将入射超强激光和非线性Compton 散射光作为等离子体尾场对正电子加速的新机制, 给出了正电子加速能量修正公式和数值模拟结果。结果表明：使用非对称正弦三角激光脉冲的等离子体尾场加速正电子优于对称正弦三角激光脉冲的尾场情况, 散射使非对称正弦三角耦合激光脉冲宽度和上升长度与下降长度之比缩小, 正电子获得的加速能量显著增大。这是因为正电子频率增大, 横向速度各向异性分布增强, 尾场限制了正电子横向加速能量, 导致正电子在激光传输方向加速能量增大。

应用多光子非线性Compton散射模型、非线性薛定谔方程及龙格-库塔算法和变分法, 研究了Compton散射对亚皮秒超高斯脉冲在等离子体传输的影响, 给出了该脉冲传输演化的修正方程, 并进行了数值计算, 结果表明: 与Compton散射前相比, Compton散射使脉宽压缩程度和非线性效应增大, 脉冲展宽降低, 非线性增强效应有效地削弱了色散效应; 使脉宽趋于最大和最小时频率抖动, 啁啾不为0; 使超高斯脉冲振幅、啁啾和脉宽随传输距离增大振荡演化加快, 频率和相位呈线性关系的抖动, 脉冲中心位置呈准线性关系; Compton散射对超高斯脉冲保形传输有重要影响。

应用Compton散射模型和非线性Schrdinger方程,研究了Compton散射对等离子体零色散附近调制不稳定性的影响,提出了将Compton散射作为形成调制不稳定性的新机制,给出了等离子体修正色散方程,并进行了数值计算.结果表明：二阶色散较大时,远离零色散附近调制不稳定性增益谱由入射和散射光产生的二阶色散决定,随二阶色散增大,四阶色散作用迅速减小,这是因散射效应有效削弱了四阶效应的缘故.零色散附近调制不稳定性增益谱由入射和散射光产生的四阶色散决定,二阶色散被湮灭,微扰频率最大值向临界微扰频率较快靠近,这是因散射效应有效增强了四阶效应的缘故.增益谱宽随等离子体损耗增大而迅速增大,这是因功率增大使散射效应增强,导致带电粒子辐射阻尼增强的缘故.

为了研究Compton散射对强激光等离子体中辐射阻尼效应的影响, 采用多光子非线性Compton散射模型、相对论理论和洛伦兹变换方法, 对Compton散射对不同极化激光在等离子体中产生辐射阻尼效应的影响进行了理论分析和数值计算。提出了将Compton散射光作为等离子体产生辐射阻尼效应的新机制, 给出了辐射阻尼满足的修正方程。结果表明, Compton散射使等离子体辐射阻尼效应对电子运动产生重要作用的几率增大, 这主要是由于产生这种作用所需的入射激光强度降低, 从而使电子频率增大、电场耦合频率增大的缘故。多光子非线性Compton散射光是产生和提高等离子体辐射阻尼效应的一个重要机制。

应用相对论理论和多光子非线性Compton散射模型, 研究了Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响, 提出了将入射光和Compton散射光作为形成激光自聚焦的新机制, 给出了三级电流密度满足的修正方程, 并进行了数值模拟。结果表明, 相对论效应使等离子体中的短脉冲强激光自聚焦趋势减缓, 而散射则加速了自聚焦的发展, 总自聚焦趋势比无相对论时来得快一些, 主要原因是由于散射光和入射光形成的耦合光频率较入射光频率增大, 散射效应补偿了因相对论效应引起的自聚焦减缓效应的缘故。