四光束对高能电子的捕获特性研究

依据非线性强场效应的基本原理,提出了一种四光束捕获电子的方案,旨在通过延长电子和强场相互作用时间来提高非线性过程发生的总概率,实现观测信号的增强。其基本原理是基于电子在强激光光束上的非弹性散射。数值模拟结果表明,捕获后的电子和中心光场的相互作用时间得到延长。     

行波管放大器中的电子混沌现象

用自洽方程模拟了波-粒相互作用过程中的电子混沌行为.结果表明：随着电流的增大，电子在相空间的运动轨道将变得混沌，混沌轨道受失谐量的影响.在时间上，电子混沌比场的极限环和混沌振荡出现要早.与场出现极限环振荡的电流阈值相比,出现电子混沌的电流阈值要小；在场呈极限环状态的“软”非线性区域，电子的混沌轨道占据大部分相空间；而在场混沌的“硬”非线性区域，混沌轨道则弥漫在整个相空间.当电流一定时,电子的混沌运动图样是不变的；在一定的电流范围内， 场的极限环和混沌振荡特征是确定的， 但它们的输出功率是不确定的. 关键词： 行波管放大器 电子混沌 相空间轨道 非线性相互作用     

交叉传播相对论强激光脉冲在等离子体中相互作用及其对电子加热和加速的作用

文章介绍了相干交叉传播的相对论强激光在与等离子体相互作用中产生的能量交换、瞬态电子密度调制和激光加速电子，这些被加速的电子先在交叉光场中被捕获，随后又注入到等离子体波中，获得进一步的加速．这些现象最近在作者的实验研究和数值模拟中被观察到．     

强场物理新进展--强激光在等离子体中加速电子的新机制

相对论强激光与等离子体相互作用中高能电子的产生机制是近年来一直被广泛重视的课题，文章扼要介绍了其中主要的几种加速机制，并特别介绍了作者最近提出的电子在对撞激光场中的随机加速机制。     

氦原子中双电子相互作用及其能谱的统计涨落性质

量子系统能谱的涨落特征与系统的动力学对称性因而与非线性度密切相关,而不取决于系统自由度多少,通过对氦原子能谱的计算及对能谱涨落的分析发现,原子中的一对电子电子剩余相互作用,不足以改变系统中心场的动力学对称性,即使人为地将这种相互作用加大到可能的程度(不致使系统离解)。系统作用势等位面的形状可直观地显示系统的对称性被破坏的程度和规律。 关键词：     

强激光与高密度气体相互作用中电子和离子加速的数值模拟

在现有的一维粒子模拟程序的基础上发展了带光电离和碰撞电离及蒙特卡罗两体碰撞的模拟程序(1D PIC-MCC). 用此程序模拟研究了短脉冲激光与He气靶相互作用时电子和离子的加速过程. 研究表明当强激光与过临界密度的微米厚度的平面靶相互作用时，靶前表面物质将被激光脉冲前沿迅速离化；新生的电子被激光场有质动力加速成为高能电子，这些电子穿入到靶内，通过电子碰撞电离离化靶内物质；一部分高能电子穿透靶后，会在靶的后表面形成强的电荷分离场，该场迅速离化靶后表面物质，同时使得后表面离子得到加速. 部分穿透靶的超热电子将被电荷分离场重新拉回靶内，在靶的前后表面振荡. 一些振荡电子在此过程中得到电荷分离场加速，离开前表面，在前表面也形成电荷分离场，使前表面离子得到加速. 关键词： 激光等离子体 光电离和碰撞电离 电子加速 离子加速     

质子束尾波场中利用密度跃变实现电子捕获及加速的粒子模拟

 用2D3V粒子模拟程序研究了高能质子束驱动的尾波场加速电子的方案,及其在此方案中应用背景等离子体密度的跃变致使等离子体电子自注入加速相区的可能性。粒子模拟结果显示:密度跃变实现了电子的自注入,并且捕获的电子束处于加速相位,等离子体尾波场纵向电场对捕获的电子束起箍缩作用;捕获的电子束随着传输,表现为窄能谱分布;同时随着密度跃变大小的增大,可以增加等离子体电子的捕获。     

相对论热等离子体中电子声波的非线性频移

研究了相对论电磁波在热等离子体中传播时的色散特性以及由于非线性电子声波激发引起的电子声波的非线性频移。基于相对论激光在热等离子体中传播的电磁流体物理模型,采用流体的非线性频移理论,利用微扰法得到了描述相对论激光与热等离子体相互作用时谐波产生的非线性频移方程。结果表明,等离子体密度、电子温度和一阶谐波振幅是决定相对论热等离子体中非线性频移的主要因素。在弱激发下,非线性频移随着电子温度和一阶谐波振幅的增大而增大,等离子体密度抑制非线性频移。电子声波非线性频移对等离子体密度和电子温度的依赖表现出了强烈的非线性特征。研究结果为深入理解高能量激光与热等离子体相互作用中谐波的产生及引起的非线性频移提供了理论依据。     

电子相互作用和孤子元激发(Ⅰ)——电子关联对孤子定域性的影响

研究了电子相互作用对孤子定域性的影响．由于导电聚合物具有宽能带，不宜用Hub-bard模型来描述电子相互作用，需要改用屏蔽库仑势．结果表明，在电子关联对孤子定域性的影响中，屏蔽起了关键作用：弱屏蔽时，电子相互作用会增强孤子的定域性；强屏蔽时，则会削弱其定域性．还从屏蔽与电子关联之间的关系，说明了产生上述结果的物理原因 关键词：     

分子结构对非顺序双电离微观动力学的影响

本刊讯强场非顺序双电离包含了丰富的物理过程,最重要的是为研究电子关联效应提供了一个简单清晰的模型,因而成为当前强场物理领域研究的热点。在分子与强场的相互作用过程中,电离和解离会同时发生。实验和理论研究表明核间距的变化会对分子电离产生重要影响。     

层流平衡相对论电子束束流特性的数值计算

通过对层流平衡相对论电子的运动微分方程组进行数值求解,得到正则角动量在pθ=0,pθ=const.和pθ∝r2三种情况下,束流的传输特性.针对pθ=0的相对论实心电子束,利用数值求解得到了与解析方法一致的结果,从而验证了数值方法的合理性;针对无法用解析方法求解的pθ=0环行电子束、pθ=const.和pθ∝r2的情况,利用数值方法得到了束流和空间极限电流关于波导、电子束结构和二极管电压等参数的变化规律及对轴向导引磁场的要求.计算结果表明:当相对论电子束以层流平衡态传输时,环行束较实心束具有更高的空间极限电流和更低的轴向导引磁场,且当阴极发射面与导引磁场的磁场线垂直时,维持电子束层流平衡所需的轴向导引磁场最低;电子束在有限磁场导引下以层流平衡态传输时,空间极限电流明显大于无限大磁场导引下一维近似的情况.利用数值方法对层流平衡相对论电子束进行理论研究,更全面地揭示了电子束在正则角动量满足不同条件时的束流特性,为设计新型结构的高功率微波器件提供理论参考.     

Commissioning of electron cooling in CSRm

A new generation electron cooler has started operation in the heavy ion synchrotron CSRm which is used to increase the intensity of heavy ions. Transverse cooling of the ion beam after horizontal multi-turn injection allows beam accumulation at the injection energy. After optimization of the accumulation process an intensity increase in a synchrotron pulse by more than one order of magnitude has been achieved. In given accumulation time interval of 10 seconds, 108 particles have been accumulated and accelerated to the final energy. The momentum spread after accumulation and acceleration in the 10-4 range has been demonstrated in six species of ion beams. Primary measurements of accumulation process varying with electron energy, electron beam current, electron beam profile, expansion factor and injection interval have been performed. The lifetimes of ion beams in the presence of electron beams were roughly measured with the help of DCCT signal.     

扇形多注强流相对论电子束的产生与传输研究

多注相对论速调管相对于常规相对论速调管, 每注电子束具有更低的导流系数和更低的空间电荷力, 却具有更高的束波转换效率. 本文基于这方面的需求, 通过三维软件模拟与实验研究了扇形多注强流相对论电子束的产生与传输. 通过建立电子枪的三维模型, 分析了阴极端面静电场的分布及其对电子束产生的影响; 通过粒子模拟获得了发射束流, 然后通过粒子跟踪仿真, 得到了电子束在空心漂移管和多扇形孔漂移管中传输的束斑图, 并对其进行了理论分析与解释. 模拟和实验结果表明, 电子束在空心漂移管传输过程中不仅绕束自身中心旋转, 还绕系统的中心旋转, 通过旋转多扇形孔漂移管实现对中的方法可提高传输效率.     

Excitation of an upper hybrid wave by two intense laser beams and particle acceleration

This Letter presents an investigation of the excitation of an upper hybrid wave (UHW) by cross focusing of two intense laser beams in a collisionless hot magnetoplasma, when relativistic and ponderomotive nonlinearities are operative. The electric vectors of the two beams are polarized along uniform static magnetic field and the beams propagate perpendicular to the static magnetic field. Analytical expressions for the beam width of the laser beams, electric vector and power of the excited UHW and energy gain have been obtained. The UHW generation at the difference frequency and particle acceleration has also been studied. The nonlinear coupling between intense laser beams and UHW is so strong that UHW gets excited and a large fraction of the laser beam energy gets transferred to UHW and this UHW accelerates electrons. It has been shown that the presence of a magnetic field affects significantly the power of the UHW and energy gain by the electron in the presence of the UHW.     

高斯激光场中穿进轨道电子横向动量的阈值

采用数值模拟计算的方法,分析了强激光场中电子的动力学特性,发现穿进轨道电子的入射动量存在一定的阈值.通过研究穿进轨道电子的动力学特征,探讨了电子入射动量的阈值条件,发现与阈值相关的两个因素:激光强度和光束腰宽,推导了阈值的定标关系,结果显示:定标式与数值计算结果基本相符合.     

兰州重离子加速器冷却储存环中电子冷却性能

为了在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上开展一维离子束序化的研究,在CSR主环上,对6.39 MeV/u的58Ni19+离子束进行了冷却累积实验。测量了离子束与电子束之间不同的水平、垂直夹角以及不同电子束剖面的情况下,束流累积及束流寿命变化情况;重点研究了离子束衰减过程中动量分散随离子数的变化规律,拟合计算得到了动量分散随离子数按照幂函数衰减的指数;在给定离子数的情况下,动量分散随夹角、电子束剖面的依赖关系,为下一步在CSR上获得纵向一维有序化离子束的研究做准备。在实验中观测到在较大的夹角情况下,离子束出现纵向振荡和中心频率移动。     

HIRFL-CSR电子冷却系统空心电子束性能研究

 电子冷却系统中冷却力的大小与电子束的温度密切相关。由于强流电子束自身产生的空间电荷场,使得电子束的速度离散,增加了电子束温度,降低了冷却效率。为了减小空间电荷效应,HIRFL CSR的电子冷却系统将首次采用空心电子束对储存环中的重离子束流进行冷却。通过分析实心电子束和空心电子束的空间电荷场,研究了其对电子束速度和温度的影响。     

Electron Acceleration by Beating of Two Intense Cross-Focused Hollow Gaussian Laser Beams in Plasma

This paper presents propagation of two cross-focused intense hollow Gaussian laser beams(HGBs) in collisionless plasma and its effect on the generation of electron plasma wave(EPW) and electron acceleration process,when relativistic and ponderomotive nonlinearities are simultaneously operative. Nonlinear differential equations have been set up for beamwidth of laser beams, power of generated EPW, and energy gain by electrons using WKB and paraxial approximations. Numerical simulations have been carried out to investigate the effect of typical laser-plasma parameters on the focusing of laser beams in plasmas and further its effect on power of excited EPW and acceleration of electrons. It is observed that focusing of two laser beams in plasma increases for higher order of hollow Gaussian beams,which significantly enhanced the power of generated EPW and energy gain. The amplitude of EPW and energy gain by electrons is found to enhance with an increase in the intensity of laser beams and plasma density. This study will be useful to plasma beat wave accelerator and in other applications requiring multiple laser beams.     

强流电子束聚焦数值模拟

采用粒子模拟（PIC）方法模拟了强流电子束在薄磁透镜中的聚焦。建立了强流电子束的聚焦模型,模拟了神龙一号加速器某次实验的结果,得到的模拟结果非常接近实验值,证明采用建立的PIC模型模拟强流束经过磁透镜时的聚焦是可信的。应用此模型模拟了电子束参数（入射半径、发射度、能散度、相位角等）对焦斑直径的影响, 结果表明:在模拟条件下,电子束平行入射时最佳束包络半径位于20.0~22.5 mm;发射度和能散度对焦斑直径的影响和理论公式吻合得较好;只有入射电子束包络半径和相位角匹配时才能得到小的焦斑直径。