激光辐射压驱动的双层加速质子的模拟研究（英文）

本文研究了激光辐射压驱动的运动电场中加速质子的相关问题.当超短超强激光脉冲与处在背景等离子体前方的薄固体平靶相互作用时,在激光辐射压的作用下,在固体靶后部形成一个电子层-离子层组成的双层结构.在激光的不断推进下,双层结构在背景等离子体里以一定速度传播,可以看成运动在背景等离子体中的电场.这样,在背景等离子体中的质子被这个运动电场捕获并能加速到很高的能量.我们通过二维PIC模拟方法研究了质子加速的相关问题.研究结果表明,被加速质子的最大能量达到20GeV.同时,我们还研究了质子加速与固体靶厚度和背景等离子体密度之间的关系,通过二维PIC模拟给出了一些优化的参数.     

超强激光与等离子体靶相互作用中高能离子的定向发射

等离子体薄靶作为控制激光加热和产生高能粒子的驱动源在激光核聚变快点火方案中被广泛应用.本文用二维粒子模拟方法研究了超强超短脉冲激光与平板等离子体薄靶相互作用中产生的高能离子.模拟研究结果表明,在平板等离子体薄靶后表面所产生的高能离子的角分布较小,定向性好,能获得很高的能量.并且等离子体薄靶的形状对高能离子的产生和会聚有一定的影响.     

高能离子的定向发射及其模拟研究

本文用二维粒子模拟方法研究了超强超短脉冲激光与圆形等离子体薄靶相互作用中产生的高能离子.模拟研究结果表明,在圆形等离子体薄靶后表面所产生的高能离子,角分布较小,定向性好,能获得很高的能量,并且等离子体薄靶的形状对高能离子的产生和会聚有一定地影响.     

数值模拟相对论性朗缪尔湍动

为研究相对论性朗缪尔湍动特性,采用描述朗缪尔波与离声波非线性耦合过程的相对论性萨哈罗夫方程组,进行数值模拟,获得一系列朗缪尔波的时间演化图。图组形象地模拟出相对论性强朗缪尔湍动过程,图中给出不同相对论参数下朗缪尔波场强的最大值。研究表明,电子运动相对论性越强,朗缪尔波的演化耗时更长,朗缪尔波场越强,湍动越剧烈。这可为湍动加速或等离子体加热提供参考数据,对超强激光等离子体(或天体物理)中出现超热电子(或快离子流)的产生机制研究有一定的参考价值。更多还原     

非对称脉冲超强激光产生的尾场空泡区和超空泡区中的正电子加速

在震荡中心哈密顿原理的(oscillation-center Hamiltonian)框架下,讨论了用非对称圆极化的强激光脉冲激发的尾场和在超空泡区中加速正电子的相关问题.研究内容包括:在超强激光所激发的空泡后区中的尾场正电子加速方法和在超空泡区中的雪梨(snow-plow)正电子加速方法.通过理论分析和数值模拟方法定性地比较了2种正电子加速方法的有效加速性能.结果显示,尾场加速的效果比雪梨加速好,2种加速方法中激光脉冲振幅与被加速正电子的能量之间分别存在着指数关系和线性关系.文中还分析了正电子最大尾场和雪梨加速能量与等离子体密度之间的关系     

激光烧蚀金属的真空热电子发射测量

激光烧蚀固体表面开始于激光对表面层的加热,该阶段持续时间极短(与激光脉冲持续时间相当),随即加热层发生熔融、汽化和电离,形成烧蚀等离子体。烧蚀之前表面首先发生热电子发射,形成热发射电子流脉冲。本文以金属Cu、Al、Ti作为靶材,利用Nd:YAG脉冲激光在真空条件下引发烧蚀过程,针对热电子发射设计了一种测量电路,根据电路模型提出了计算热电子流强度的方法,并以此考查了烧蚀热电子发射行为,验证了该测量方法的可行性。该电路基于电流源短路测量原理设计,可以监测热电子流强度的时间演化。文中以热电子流密度的峰值为指标,分析了光斑面积对热电子发射的影响。表明：表面温升过程是决定热电子流密度的主要因素,而激光脉冲能量与光斑面积决定表面温升;当激光能量一定时,热电子流密度随光斑面积增加而迅速减小。根据包括烧蚀区温度及逸出功的热电子发射模型,讨论了三种靶材的烧蚀热电子发射行为,认为逸出功对热发射影响不大,而靶材熔点是热电子发射峰值电流密度的决定因素。     

激光等离子体中极端相对论性电子的朗缪尔湍动加速

从理论上研究了激光等离子体中极端相对论性高能电子的朗缪尔激元湍动加速,得到了高能电子的加速谱。这种加速谱具有指数的形式,和实验所得到的结果相符。     

相对论性非广延分布等离子体自生磁场方程

磁场是等离子体中重要的非线性结构。有关等离子体中磁场的产生机制是等离子体物理学研究的重点课题,在激光等离子体及核聚变物理中有重要应用。近年研究结果表明,非广延分布函数在描述等离子体系统时更具优越性,现已成为国际研究热点。考虑波-波、波-粒相互作用,从弗拉索夫方程及麦克斯韦方程组出发,利用自生磁场理论,建立起相对论非广延分布等离子体中的低频磁场控制方程。 更多还原     

激光等离子体中横场坍塌形成的密度空穴

强激光与等离子体相互作用时在临界面附近发生强烈的波-波、波-粒相互作用,原来均匀分布的横等离子体波在调制不稳定作用下,发生坍塌破碎,局域化的高强度横等离激元通过有质动力排斥粒子形成密度空穴,同时诱发出高强度的低频磁场.采用从伏拉索夫方程和麦克斯韦方程组导出的非线性控制方程,数值模拟了非静态极限情况下无碰撞等离子体中密度空穴和低频磁场的演化过程.     

电子、正电子、离子等离子体尾场中被加速正电子的研究

为了研究在激光驱动的等离子体尾场中被加速正电子的动力学,使用了由电子、正电子、离子组成的等离子体,通过采用数值模拟方法得到了非对称脉冲驱动的尾波场中被加速的正电子的运动相图、动能变化,势能。数据结果表明：非对称激光脉冲驱动尾场中正电子得到很高的能量。提高等离子体中的正电子比例会使电子和正电子的加速效果减弱。在非对称激光脉冲驱动的激光尾场中,为了有效地加速正电子,要选择恰当的上升激光脉冲长度和下降激光脉冲长度。