等离子体二维密度重建的影响因素

利用超强超短激光脉冲产生的高能质子束的库仑能量损失可以重建稠密等离子体的二维密度分布,使用同时迭代重建算法（SIRT算法）研究等离子体二维密度重建的影响因素.研究等离子体密度梯度、密度量级和质子束入射能量对重建误差的影响,分析质子束成像探测等离子体密度之前获得等离子体大概方位的重要性,通过数据拟合确定了能量噪声和重建误差之间的解析关系式.     

氘－氚聚变等离子体中高能α粒子的诊断

本文对于用电荷交换方法或低杂波涨落的方法测量高能α粒子作了简短的评述，建议用核反应１３Ｃ（α，ｎ）１６Ｏ测量氘－氚聚变等离子体中的高能α粒子，并提出了一种减少杂质污染，增加穿透深度的方法。     

高能质子照相中基于角度准直器设计的理论研究

角度准直器在高能质子照相中有着重要作用,既可以利用准直器提高图像对比度,又能通过二次成像实现材料诊断及密度重建,因此减小通过准直器后通量值的误差具有重要意义.本文通过理论分析,提出了一种高能质子照相中准直器设计的方法,通过Geant4程序建立了1.6 GeV的质子成像系统,该系统分别使用理想准直器、拉伸型准直器和利用该方法设计的准直器,并对比通过客体后的通量分布.结果表明,在使用理想准直器和该方法设计的角度准直器时,二者得到的客体的通量分布符合较好,而使用拉伸型准直器时,与使用理想准直器得到的结果相差较大.因此利用理想准直器方法设计的准直器可以很好地减小通量误差.     

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。     

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。     

基于代数重建算法的高能电子三维成像研究

本工作将代数重建算法应用于新兴发展的高能电子成像技术开展三维成像研究,实现对样品靶物质内部结构信息的精确诊断.通过蒙特卡罗程序及粒子追踪程序模拟高能电子成像过程,包括电子束与靶物质相互作用过程,获得样品靶物质成像角度下的高能电子二维成像结果.利用代数迭代重建ART(Algebraic Re-construction T...     

高能X光照相中密度重建的共轭梯度算法

通过对高能X光照相过程的物理分析,得到了辐射照相的点扩展函数,给出了估价函数的表达式.并以典型的法国试验客体模型为例,将共轭梯度算法应用到高能X光照相的密度重建中,得到了较满意的结果.这种方法从模拟辐射照相过程出发,将辐射照相的模拟结果与实际测量结果做比较并找出最大可能解.可在一定程度上克服其它密度重建算法通过反卷积过程消除模糊效应所引起的不确定性.     

基于最小区域的锥束ART算法快速图像重建

针对锥束ART算法重建速度慢的问题,考虑到工业CT重建目标尺寸差异较大的特点,提出了一种基于最小重建区域的快速三维图像重建方法。由不同视角下的锥束投影构建最小区域包络,对最小区域包络进行膨胀处理,以消除重建目标边界附近所出现的伪影,在此基础上,给出了射线穿过最小重建区域的体素索引及权因子的计算。该方法能够根据重建目标的尺寸自适应地确定最小重建区域,从而最大限度地减少了计算量。实验结果表明,该方法不仅大幅度提高了锥束ART算法的重建速度,而且有效地提高了重建质量。     

利用质子能损检测气体靶区有效靶原子密度的实验研究

准确测量气态靶区的有效靶原子密度能够提升离子与气体和离子与等离子体靶相互作用实验结果的精度和对物理过程的认识.实验中利用离子加速器引出的100 ke V质子束穿过一定长度的氢气靶,对质子的剩余能量进行了精确测量,获得了在气体靶内的质子能损数据,结合已有的能损研究结果,重新标定了气体靶区内的有效靶原子密度.分别比较了能损、电离型真空计IonIVac ITR 90和薄膜电容型真空计Varian CDG-500的实验测量结果,对比了修正后的电离型真空计有效气压曲线,结果发现质子束能损的测量方式具有原位、高准确性、在线监测等突出优势,为诊断气态靶有效原子密度提供了新的方法.     

高能X射线辐射成像的定量模拟与密度重建

利用蒙特卡罗方法得到的数值图像研究高能X射线辐射成像的密度重建,提出多能X射线源、多材料客体辐射成像的密度重建方法.这种方法不仅能够对包括光源能谱、角分布和尺寸在内的密度重建,而且具有显含质量吸收系数的优点.利用约束共轭梯度算法和变分正则化技术进行法国试验客体的密度重建.结果表明,该方法能够有效地进行高能X射线辐射成像的密度重建,成像光子的能谱效应对于精确的密度重建十分重要.     

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.     

快中子照相胶片成像法的初步实验

利用9Be(d,n)反应在北京大学4.5MV静电加速器上产生小于7MeV能区的快中子,采用胶片法进行了快中子照相的初步实验.对快中子胶片成像法的基本性能进行了初步的测试和研究.用国产的原材料研制了一种适用于快中子照相的关键部件－快中子转换屏.实验结果表明研制的快中子转换屏能够满足快中子照相的需要.A preliminary experiment is conducted with direct film method under the condition that fast neutron is generated by the reaction of 9Be (d,n) on the Peking University 4.5 MV Van de Graff, whose energy is lower than 7 MeV.Basic characteristics of direct-film neutron radiography system is researched with the help of samples in different materials, different thickness and holes of different diameter. The fast neutron converter, which is vital for fast neutron imaging, is produced with the materials made in china. The result indicates that fast neutron converter can meet the requirment of fast neutron imaging; what's more, further research of fast neutron imaging can be conducted on the accelerator and neutron-generator in China.     

A Fast High Order Iterative Solver for the Electromagnetic Scattering by Open Cavities Filled with the Inhomogeneous Media

The scattering of the open cavity filled with the inhomogeneous media is studied. The problem is discretized with a fourth order finite difference scheme and the immersed interface method, resulting in a linear system of equations with the high order accurate solutions in the whole computational domain. To solve the system of equations, we design an efficient iterative solver, which is based on the fast Fourier transformation, and provides an ideal preconditioner for Krylov subspace method. Numerical experiments demonstrate the capability of the proposed fast high order iterative solver.     

Linear Fluid Theory for Weakly Inhomogeneous Plasmas with Strong Correlations

Linearized fluid equations for the collective modes of weakly inhomogeneous plasmas including strong coupling effects are derived from a recent kinetic theory based on an extended Singwi‐Tosi‐Land‐Sjölander (STLS) ansatz [H. Kählert, G. J. Kalman, and M. Bonitz, Phys. Rev. E 90 , 011101(R) (2014)]. The equations are analogous to the equations of linearized elasticity theory with space dependent elastic moduli that correspond to those of a bulk system with the local fluid density. The identification of the latter as infinite‐frequency elastic moduli shows that the present version of the extended STLS theory accounts for the elastic properties of the fluid but does not capture the viscous behavior. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

新型快速多极边界元法求解电荷任意分布的二维静电场

在初始快速多极边界元法(FMM)基础上提出一种适合位势问题的新型快速多极边界元格式,并用于求解静电场问题.新型算法引入对角化概念,减少了形成局部展开系数的时间,提高计算效率.最后给出数值算例,证明了新型算法的计算精度及处理大规模问题的速度优势.     

大规模宽频弹性动力学分析的快速定向压缩边界元法

发展一种大规模宽频弹性动力学分析的快速定向压缩边界元法.证明弹性动力学核函数具有定向低秩特性，为采用快速定向压缩算法提供理论基础.根据S波的波数，将节点之间的相互作用划分为低频相互作用和高频相互作用，并将后者进一步划分为与多个楔形区.在楔形区上，可以采用核函数的定向低秩特性进行快速计算.低频相互作用与核无关快速多极边界元法中计算方法相同，不同方向楔形区上的变换矩阵可以采用坐标系旋转的方法进行快速计算.可对任意频率进行快速谐响应分析.数值算例表明：该方法可以将宽频弹性动力学问题计算复杂度降低到O（N log^αN）.与卷积求积边界元法相结合，也可以应用于弹性动力学瞬态分析.     

质子与重离子肿瘤治疗的进展

简要介绍了质子与重离子肿瘤治疗的历史和现状.现在,全世界有质子治疗中心23家,治疗肿瘤患者总数为39 612人;重离子治疗设备有3台,治疗肿瘤患者4 511人（包括He离子治疗2 054例病人）.     

Spectroscopic Diagnostics of Pulsed arc Plasmas for Particle Generation

Pulsed arc plasmas were diagnosed by means of emission spectroscopy. A capacitor was discharged through argon and hydrogen leading to a few cycles of damped current oscillation with ≈120 μs period and 5‐12 kA maximum current. Spectroscopic measurements in the visible range were carried out in order to characterise the electron temperature and density in the arc channel as well as electron and gas temperatures in the afterglow plasmas. Spectra were integrated over 10 μs time windows and shifted in time from pulse to pulse. The plasmas also contained substantial fractions of electrode material (brass), namely copper and zinc. The electron density was measured in the conventional way from the broadening of H_β or from the Ar I Stark width. In the arc channel, it ranged from about 3 · 10²² to 2 · 10²³ m^–3. The broadening of Zn II lines could also be used. Ratios of Ar I to Ar II and of Zn I to Zn II line intensities were analysed for the electron temperature. Line pairs were found which lay conveniently close in one frame of the spectrometer allowing automatic on‐line analysis without relying on reproducibility. Atomic physics models including opacity were developed for Ar II and Zn II in order to check the existence of a Boltzmann distribution of their excited states. These calculations showed that the observed levels were in fact close to thermodynamic equilibrium, in particular, if the resonance lines were optically thick. Electron temperature measurements yielded values between 14000 K and 21000 K. The gas temperature in the afterglow, where particles should have formed, was derived from the rotational and vibrational temperatures of C₂ molecular bands. Ratios between Cu I line intensities yielded the electron temperatures. Both were found to be a few 1000 K. (© 2008 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)