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.     

高空核爆炸X射线电离的时空分布数值模拟

利用数值模拟程序模拟了高空核爆炸辐射的X射线对不同高度大气的电离及演化过程,给出了电子的时空分布曲线．结果表明：在80km爆高1kt小当量高空核爆炸情况下,电子数密度随高度只出现一个极大值,而在80kin以上爆高情况下,电子数密度出现两个极大值,一个位于爆点附近,另一个位于90km高度附近,在这个高度电离的影响范围最大;高空核爆炸辐射的X射线在70km高度附近截止,对70km以下高度没有电离影响;随着辐射角度的增加,电子数密度出现第二个极大值的高度有所上升,X射线截止高度也有所上升．     

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     

超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子的产生

 用2D3V PIC粒子模拟方法得到了超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子产生的图像，并对其机理进行了研究。在靶前后表面都观察到了高能离子的产生，并诊断了离子能谱。模拟结果表明，在靶前表面所产生的高能离子，角分布较大，在向靶内输运过程中会损失能量；在靶后表面产生的高能离子，定向性很好，能获得很高的能量。模拟得到的离子能量和实验观测结果在量级上相符。     

Simulation of the Quasi-Monoenergetic Protons Generation by Parallel Laser Pulses Interaction with Foils

A new scheme of radiation pressure acceleration for generating high-quality protons by using two overlappingparallel laser pulses is proposed. Particle-in-cell simulation shows that the overlapping of two pulses with identical Caussian profiles in space and trapezoidal profiles in the time domain can result in a composite light pulse with a spatial profile suitable for stable acceleration of protons to high energies. At～2.46 × 10^21 W/cm^2 intensity of the combination light pulse, a quasi-monoenergetic proton beam with peak energy ,～200 MeV/nucleon, energy spread 〈15%, and divergency angle 〈4° is obtained, which is appropriate for tumor therapy. The proton beam quality can be controlled by adjusting the incidence points of two laser pulses.     

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     

激光参数影响太赫兹辐射的数值模拟

 利用2维PIC程序模拟了聚焦激光脉冲垂直入射非均匀等离子体,在界面激发超强太赫兹辐射的物理过程,研究了激光强度、脉宽和焦斑半径对太赫兹辐射功率和频率的影响,并和模式转换理论作了对比。结果表明:激光强度是影响太赫兹辐射功率的主要因素;当脉宽在等离子体波长附近时,激起的静电波振幅最大,此时对应的太赫兹辐射最强;同时存在一个最优的焦斑半径,使得辐射功率最大。     

采用超薄双层靶提高质子束的单能性

利用1维粒子模拟程序,研究了超短超强激光脉冲与超薄双层靶(基底层和加速层厚度均为nm量级)相互作用产生准单能质子束的过程。研究表明,基底层厚度及加速层厚度对质子能谱的影响至关重要。减小基底层厚度,靶后静电场增强,质子的最大能量显著增大;减小加速层厚度,靶后静电场分布变得更加均匀,质子能谱中心能量变化不大,单能性变好。通过优化参数,获得了能散度为7%的准单能质子束。