超强激光与物质相互作用过程中,通过共振吸收、真空加热、有质动力加热等方式,会将电子加速到相对论能量,进而相对论电子通过软致辐射等产生大量伽马(γ)射线。因为γ射线对人体、仪器的危害和广泛的应用前景,而备受关注。现阶段的研究集中在γ射线源的特性测量和优化研究,包括减小γ射线发散角,提高高能段(近MeV)γ射线辐射强度,以及探索Y射线辐射的产生新机制等。由于激光与等离子体相互作用主要发生在低密度区域和近临界密度区域,尤其在近临界密度区能量转换效率较高。如在ps主激光到达靶面前产生大尺度近临界密度等离子体,则可以改变ps激光与等离子体的能量转换效率,有可能提高电子的温度,增多高能电子数目,进而使高能段γ射线辐射增强。此外,在以往的激光驱动γ射线辐射特性研究中,人们大多关注于厚靶,.因为通常认为γ射线主要是通过軔致辐射产生的,而厚靶的初致效应更强。但是,大量的超强激光实验中广泛使用薄靶,薄靶与厚靶的情形可能完全不同,薄靶的靶背存在很强的鞘场,这种不同对于γ射线辐射的产生有什么样的影响,也是需要关注的。基于神光Ⅱ升级拍瓦激光装置,本文首先研究了纳秒/皮秒双束激光联合驱动双层靶的γ射线辐射特征。利用纳秒束激光与CH薄膜靶相互作用,产生大尺度近临界密度等离子体,然后将皮秒束激光作用在该等离子体上,产生高能电子,高能电子穿过2 nun厚的Au靶,通过初致辐射产生γ射线。实验测量了不同方向的γ射线辐射能谱和靶室外的γ射线辐射剂量分布。发现了射线辐射集中在激光前冲方向,具有较小的发散角,而且在该方向上高能段的γ射线辐射较强。说明双层靶的设计,可以提高皮秒束激光与等离子体的能量耦合效率,提高电子温度,增加高能电子数目,有利于高能段γ射线在皮秒束激光的前冲方向集中。另外,实验在靶室外距离靶点1.25 m处测到的50 keV以上γ射线的单发次最大剂量为277 μy,结果对γ射线辐射的防护和应用具有参考价值。基于神光Ⅱ升级拍瓦激光装置,本文继续测量了薄靶的γ射线辐射特征,并进一步研究了高Z、中Z、低Z三种不同材料的薄靶的γ射线辐射,得到了不同方向的γ射线辐射能谱。结果发现,对于薄靶,靶背不同方向的γ射线辐射能谱相似。对于高Z、中Z、低Z三种不同材料的薄靶,同方向的γ射线辐射能谱也相当接近,这与轫致辐射的预测不同。本文认为,靶背存在强的鞘场,可能造成电子运动的偏折,使不同方向的γ射线辐射能谱相近。而且靶背鞘场的存在可能加强γ射线辐射,使不同材料靶的γ射线辐射趋近。不同材料的靶产生的靶背鞘场强度可能不同,那么对γ射线辐射的产生影响程度也会不同。因此本文利用PIC模拟比较了不同材料靶背所产生的鞘场分布。发现相同驱动条件下,低Z靶的靶背鞘场要更强一些。实验过程中测量了靶室外γ射线辐射剂量,但是无法区分在相同方向上,由激光与靶相互作用产生的Y射线辐射和逃逸电子与周围物体相互作用产生的轫致辐射分别占多大的比例,因此本文最后设计了电子-γ射线一体式谱仪,可以同时测量电子能谱与γ射线辐射能谱,再结合MC模拟,可以更好地理解γ射线辐射的来源比例,进而为激光装置的防护设计提供参考依据。综上,通过产生近临界密度等离子体,提高了近MeVγ射线辐射强度,减小了γ射线辐射发散角;通过测量薄靶γ射线辐射特征,发现了与厚靶轫致辐射不同的特点。研究结果对于靶室、靶场的防护设计和激光驱动γ射线源的进一步优化与应用提供了重要参考依据。