鞘场加速机理中质子束的特性与其初始尺寸的关系

为了研究激光鞘场中质子层的尺寸对质子束特性的影响,本文应用中国工程物理研究院 激光聚变研究中心的二维Particle-In-Cell (2D-PIC)数值模拟程序Flips2D进行了相关数值模拟研究. 研究了质子束总能量随时间的变化,得出了加速持续过程与激光脉冲持续时间的关系; 研究了质子层的宽度对加速后质子束发散角和能谱的影响;研究了质子层的厚与加速后质子束 发散角和能谱的关系;得出了质子层的初始尺寸对加速后质子特性的影响规律.     

空泡机制产生betatron X射线辐射的数值模拟

针对SILEX钛宝石激光器参数,采用PIC数值模拟程序VORPAL对激光尾波场加速进行了模拟,得到了电子轨迹及能量数据,进而通过理论计算得到了空泡机制下X射线辐射特性。结果表明,空泡机制下高能电子在空泡中做betatron振荡且多数电子被加速到170 MeV左右;加速能量较低的电子（约100 MeV）, 其辐射谱为临界能量约3 keV的类同步辐射谱,发散角约为8 mrad,而能量较高的电子（约170 MeV）对应的光子临界能量约为10 keV。     

Characterization of relativistic electrons generated by a cone guiding laser pulse

We demonstrated the interaction of a gold cone target with a femto second(fs) laser pulse above the relativistic intensity of 1.37×10 18 μm 2 W/cm 2.Relativistic electrons with energy above 2 MeV were observed.A 25%-40% increase of the electron temperature is achieved compared to the case when a plane gold target is used.The electron temperature increase results from the guiding of the laser beam at the tip and the intense quasistatic magnetic field in the cone geometry.The behavior of the relativistic electrons is verified in our 2D-PIC simulations.     

超短超强激光脉冲辐照超薄碳膜电离状态研究

为了进一步理解极端条件下物质的电离特性, 特别是超短超强激光脉冲辐照超薄靶时等离子体的形成与分布, 本文以超薄碳膜为例, 细致研究了超短超强激光脉冲辐照下原子的离化过程. 分析和比较了强激光场直接作用电离和靶内静电场电离等两种场致电离形式, 在碰撞电离可以忽略的情况下, 发现更多的电离份额是来自靶内静电场的电离方式. 研究了激光脉冲强度对电离的影响, 发现激光脉冲强度越强, 电离速度越快, 产生的高价态离子所占比例也越高.当激光强度为1×10²⁰ W/cm²时, 尽管该强度高于电离生成C⁺⁶所需要的激光强度阈值, 但该激光脉冲并不能将整个靶电离成C⁺⁶离子, 对此本文进行了详细的分析. 在研究激光脉冲宽度的影响时, 发现激光脉宽越小, 电离速度越快, 但越小的激光脉冲电离获得的高价态离子越少.     

基于双层微透镜阵列的移动视差式立体显示屏

受限于微透镜的数值孔径和像差问题,目前移动视差式立体显示屏存在多视场空间、视场区之间存在视场跳变、主视场空间角度小、显示效果模糊等问题.本文基于离散采样思想,分析了移动视差型三维显示系统的工作机理,结合加工工艺,设计了复合曲面反射层的双层微透镜阵列屏.仿真结果表明:所设计显示屏的视场观看空间角可提升到60°,相对于传统的三维显示屏,双层微结构显示屏可有效提高视场角和显示性能.     

激光-纳米丝靶相互作用过程中超热电子的加热机理研究

超热电子的产生及其转化效率是快点火中的重要研究内容，也是优化快点火中的激光等离子体参数、降低对点火脉冲能量需求等方面的重要依据．纳米丝靶是提高激光一超热电子转化效率的一种有效途径，为了进一步理解激光．纳米丝靶相互作用中超热电子的产生过程以及加热方式，本文应用二维PIC（Flips2D）程序进行了相关的数值模拟．通过研究电子在丝靶中的运动轨迹发现了远离互作用面的冷电子通过回流的方式向互作用面运动，然后在互作用面附近与激光场相互作用被加热；研究了单个激光周期内电子密度和电子能量密度的变化，确定了反向运动的电子的能量要远小于前向运动的电子能量，确定了反向运动的电子大部分是冷电子的回流；通过研究场与电子空间位置随时间变化的关系，确定了丝靶中超热电子的加热机理为J×B机理．     

充气型放电毛细管的密度测量及磁流体模拟

在激光尾波场电子加速机理中,为了有效地加速电子,需要抑制衍射散焦等造成的激光传输不稳定性问题. 激光脉冲的稳定传输不仅有利于能量耦合给等离子体波,而且对电子束的注入及稳定加速有着重要影响,具有一定横向密度分布的充气型放电毛细管可以有效引导激光脉冲的传输. 利用等离子体的Stark展宽效应对毛细管产生的等离子体进行密度测量,给出了等离子体密度与充气压强之间的关系. 利用磁流体程序CRMHA对毛细管的放电特性进行了模拟,研究了毛细管引导效应的形成机理. 关键词： 充气型放电毛细管 Stark展宽 磁流体模拟 引导     

非理想背光照相对靶壳阿贝尔密度反演的影响

建立了背光照相的模拟手段,研究了记录屏像素尺寸、背光强度分布、背光光谱非单色、针孔弥散及针孔形状对惯性约束聚变中常用塑料球壳的阿贝尔密度反演的影响。结果表明:较大的记录屏像素尺寸会掩盖密度分布的细节;高斯型的背光空间分布会使密度分布低于真实值,可能导致非物理的负密度分布;采用Mo的L带谱线作为背光源也会导致反演密度偏离真实值;当壳层厚度小于针孔尺寸时,针孔弥散效应会显著降低峰值密度,利用维纳滤波法处理背光图像后密度反演的结果得到明显改善;相同针孔面积条件下,椭圆形针孔给出的峰值密度要低于圆形针孔的结果。     

利用射频腔对激光加速质子能谱的优化

基于靶背鞘层加速机制（TNSA）产生的质子束具有宽能谱的特性,限制了其应用范围。为了产生准单能质子束,研究了基于直线加速器射频腔结构的质子能谱优化方法。在给定射频腔电压和频率情况下,计算了腔间距随优化能量的变化关系,并针对不同优化能量设计了不同大小的腔间距和腔数。在给定腔数情况下,发现只在某个能量附近可以获得单能性最好的单能峰。对能量接受范围进行了分析,要实现最终2%的能散,进入射频腔的质子束能散不能大于15%,并分析了射频腔频率对能量接受范围的影响。最后对PIC模拟得到的半高全宽为15%的一个能谱进行优化,获得了谱宽小于2%的准单色质子能谱。 .