Preliminary experimental study and simulation of an energy-tunable quasi-monochromatic laser-Compton X/γ-ray source

We propose a slanting collision scheme for Compton scattering of a laser light against a relativistic electron beam. This scheme is suitable to generate an energy-tunable X/γ-ray source. In this paper, we present theoretical study and simulation of the spectral, spatial and temporal characteristics of such a source. We also describe two terms laser-Compton scattering (LCS) experiments at the 100 MeV Linac of Shanghai Institute of Applied Physics, where quasi-monochromatic LCS X-ray energy spectra with peak energies of ～30 keV are observed successfully. These preliminary investigations are carried out to understand the feasibility of developing an energy-tunable quasi-monochromatic X/γ-ray source, the future Shanghai Laser Electron Gamma Source.     

融断开关等离子体中磁场的异常渗透

简单地介绍了柱坐标粒子模拟算法及实现 ,利用粒子模拟方法对等离子体融断开关导通过程中的磁场渗透问题进行了模拟计算 ,针对不同的模拟条件出现的模拟结果进行了理论分析 ,给出了合理的物理解释。     

低密度等离子体融断开关的粒子模拟研究

 采用2.5维柱坐标粒子模拟程序研究了低密度等离子体融断开关（PEOS）工作过程中的物理现象,介绍了计算模型的建立和复杂边界的算法处理。模拟结果表明,在PEOS导通电流的过程中,电流通道最初在等离子体的发生器端形成,并且随着导通时间的增大而向负载端漂移。离子的空间分布并没有明显的变化,当PEOS发生断路时,等离子体离子的密度会迅速降低,并最终导致PEOS阴极附近的等离子体的密度已接近为零,此时,阴极电子完全受磁场箍缩作用而不能到达阳极,PEOS完全断开。     

激光脉冲的横向波形对弓形波电子俘获的影响

用粒子模拟研究了在激光尾波场电子弓形波注入过程中激光脉冲的横向波形对尾波场俘获电子数目的影响, 发现与高斯激光相比, 超高斯形激光更有利于拉动空泡闭合前侧边的电子团向空泡尾部汇聚形成高能量局域化的弓形波, 从而导致更多的电子注入到空泡的加速相, 使得被俘获的电子数目提高近5倍, 且电子束品质得到改善.该研究对于进一步理解尾波场加速中电子注入等有参考价值. 关键词： 尾波场 电子俘获 横向波形 粒子模拟     

激光尾流场的2.5维粒子模拟

 用2D3V PIC粒子模拟方法分析了超短脉冲超强激光在稀薄等离子体中激发尾流场的产生过程及电子在尾流场中的加速过程。“前向Raman散射”使得激光脉冲沿传播方向拉长，脉冲的尾部变陡，它导致静电场的相速度和饱和时超热电子的最大动能明显减小，也使得激发尾流场的最佳脉冲宽度变小。     

短脉冲激光尾流场中的前向Raman散射

用212维粒子模拟分析了前向Raman散射对激光尾流场加速电子的影响.前向Raman散射使脉冲长度在传播方向上被拉长，脉冲后沿变陡，产生的尾流场相速度明显减小，而且超热电子的最大动能明显小于理论估计值.此外激光频率整体向低频移动.     

超热电子在稠密等离子体中输运的混合粒子模拟方法

相对论激光等离子体相互作用以及所产生的带电粒子束在高密度等离子体中的输运行为非常重要.该物理问题的数值模拟研究仍面临技术挑战.本文介绍一种粒子/流体混合模拟方法.该方法中超热电子采用动力学方法描述,背景冷的稠密等离子体采用简化的流体方程描述,适合于超热电子密度远小于背景电子密度,超热电子能量远大于背景电子温度.我们的三维并行混合模拟程序HEETS的模拟结果表明：背景材料的电离和电阻率模型至关重要,将严重影响高能电子输运过程的模拟.     

2(1/2)维等离子体粒子模拟分布式并行程序设计

设计了两种粒子模拟的并行算法,并对其进行了比较,基于消息传递环境开发2(1/2)维粒子模拟并行程序,测试并分析了并行性能.粒子模拟算法中,给出了一个初始化粒子三维Maxwell速度分布的算法,并对常用的电磁场的Lindman吸收边界作了推广.最后对激光钻孔问题作了粒子模拟计算,验证了该并行程序.     

飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射空间分布特性

 采用单电子模型研究了不同偏振、不同强度飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射的空间分布特性。研究发现:随着激光强度的增加,对圆偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由全空间分布变为前向双叶型结构,而对线偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由类似于偶极天线辐射特性的四重对称双叶结构变为双重对称三叶型结构,这可以为实验研究电子的辐射提供空间分布的相关依据。     

激光脉冲形状对弓形波电子俘获的影响

使用二维粒子模拟程序研究了电子弓形波注入机制中激光脉冲形状对电子俘获效果的影响. 研究结果表明, 激光脉冲时间上升沿陡峭的正扭曲脉冲激发的尾波场强度高, 加速区域分布广, 并且有利于电子获得更高的初速度, 从而推动更多的电子进入尾波场加速相位. 在其他条件相同的情况下, 正扭曲脉冲的电子俘获数目远高于激光脉冲时间分别为高斯形和负扭曲分布的情形, 使得电子束的品质得到改善. 研究结果对于理解尾波场加速中电子注入过程以及获得大电荷量高能电子束具有积极意义. 关键词： 尾波场 电子俘获 时间波形 粒子模拟