超短超強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)等離子體產(chǎn)生高品質(zhì)阿秒電子束的研究.pdf

1、近些年，伴隨著激光技術(shù)的迅猛發(fā)展，超短超強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)等離子體產(chǎn)生高能電子束及其在新型輻射源等應(yīng)用領(lǐng)域的研究已成為強(qiáng)場物理的熱點(diǎn)研究問題。基于激光等離子體相互作用產(chǎn)生的阿秒電子束具有短脈寬、高密度、低發(fā)散角和較好的單能性等特點(diǎn)，可以作為等離子體鏡來操控相對(duì)論激光脈沖，在激光聚變物理等方向也有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。本文的工作是在馬燕云等人的相關(guān)研究基礎(chǔ)上，采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了產(chǎn)生較高品質(zhì)且參量可調(diào)的阿秒電子脈沖的兩種新型物

2、理方案。論文內(nèi)容分為以下四個(gè)部分：
　　第一部分，我們介紹了粒子加速器的發(fā)展歷程，特別是激光等離子體加速器的發(fā)展背景和現(xiàn)狀，其中重點(diǎn)介紹了電子和離子加速器的發(fā)展現(xiàn)狀以及目前為止學(xué)者們提出的各種方案及其局限。隨后，我們對(duì)激光等離子體相互作用的特點(diǎn)（特別是激光有質(zhì)動(dòng)力的概念）以及高品質(zhì)電子束的主要應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行概述，最后介紹了激光等離子體的粒子模擬研究方法及其發(fā)展現(xiàn)狀。
　　第二部分，對(duì)基于激光驅(qū)動(dòng)等離子體產(chǎn)生單個(gè)阿秒電子脈沖和阿

3、秒電子串的物理方案進(jìn)行簡要介紹，且分析了其技術(shù)實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)。對(duì)于阿秒電子束的產(chǎn)生，介紹了激光直接加速和激光直接輻射固體薄膜靶產(chǎn)生阿秒電子束的理論和主要模擬結(jié)果。隨后，簡述了激光與橫向尺寸較小的雨滴靶或長絲靶的相互作用過程，以及尾波場結(jié)構(gòu)調(diào)制注入的阿秒電子束而產(chǎn)生阿秒電子串的方案。
　　第三部分，提出利用激光驅(qū)動(dòng)次臨界密度氣體絲靶產(chǎn)生準(zhǔn)單能阿秒電子束的物理方案。我們利用2D3V粒子模擬程序 LAPINE對(duì)該過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并討論了不

4、同激光和等離子體參數(shù)對(duì)其影響。研究表明，當(dāng)靶的橫向尺度很小，甚至與激光焦斑半徑相當(dāng)時(shí)，靶表面電子在表面有質(zhì)動(dòng)力的作用下得到加速，能譜出現(xiàn)很好的單能結(jié)構(gòu)。在～10 21W/cm2的激光強(qiáng)度下，被加速的電子峰值能量可。
　　第四部分，研究了強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)稀薄等離子體產(chǎn)生等離子體鏡的物理過程。模擬結(jié)果表明：當(dāng)激光的歸一化振幅為的圓極化激光轟擊密度為橫向尺度為的稀薄等離子體時(shí)，能夠得到密度大約為的電子飛行鏡，橫向尺度幾乎維持不變，其中為激光波