强激光与近临界密度靶作用中冲击波产生及离子加速的理论研究

发布时间：2022-12-25 11:11

　　无碰撞冲击波与天体物理中的超新星遗迹和高能宇宙射线产生等现象紧密关联。随着现代激光技术的不断发展,强激光与物质相互作用已经可以产生超过10~111 bar的压强、10~9℃的温度以及10~4 T的强磁场等类似天文环境中的极端条件,这提供了在实验室中研究无碰撞冲击波的可能。另一方面,强激光在等离子体中可以产生比传统加速器高三个数量级以上的加速梯度,这为新一代粒子加速技术发展提供了机遇。高品质离子束在很多方面都有重要的应用价值,例如质子束成像、医学上的放射性治癌以及惯性约束核聚变的快点火方案等。与传统加速器产生的离子束相比,激光驱动离子束具有方向性好、脉宽短、亮度高等优点,因此激光驱动离子加速激发了人们浓厚的研究兴趣。近年来,随着高功率激光技术的发展以及制靶技术的提升,激光驱动离子加速取得了丰富的成果。靶后鞘层加速（Target-Normal-Sheath-Acceleration,TNSA）是目前实验中最主要的加速机制,通过这种加速机制已经可以产生最大截止能量约100 MeV的质子束。然而通过这种方法获得的离子束普遍具有较宽的能谱,这对于推广其在癌症治疗等对单能性要求较高的领域的应用是非... 

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 激光技术的发展
    1.2 重要参数和特征
        1.2.1 激光相对论阈值
        1.2.2 激光有质动力
        1.2.3 电子、离子等离子体波
        1.2.4 临界密度
    1.3 Particle-In-Cell模拟方法
    1.4 论文主要内容简介
第二章 激光驱动离子加速
    2.1 引言
    2.2 靶后鞘层加速机制
    2.3 激光辐射压加速
        2.3.1 钻孔辐射压加速
        2.3.2 “光帆”加速
    2.4 无碰撞冲击波加速
        2.4.1 实验室天体物理中冲击波的研究进展
        2.4.2 激光驱动无碰撞静电冲击波加速离子的研究进展
第三章 激光与固体靶作用中无碰撞静电冲击波的形成与演化
    3.1 引言
    3.2 实验结果
    3.3 模拟结果及分析
    3.4 总结
第四章 近临界密度靶中冲击波产生及离子加速
    4.1 引言
    4.2 理论介绍
        4.2.1 离子声孤波和激波
        4.2.2 兰金-于戈尼奥关系
    4.3 近临界密度靶中无碰撞静电冲击波的形成及其对离子的加速
        4.3.1 激光在近临界密度等离子体中的传播
        4.3.2 无碰撞静电冲击波的形成及离子加速
    4.4 总结
第五章 近临界密度靶中的激光尾场离子加速
    5.1 引言
    5.2 理论分析
    5.3 均匀近临界密度等离子体中的激光尾场加速
    5.4 密度下降的背景等离子体中的激光尾场加速
    5.5 激光等离子体参数的变化对光压-尾波场加速效率的影响
    5.6 讨论与总结
第六章 总结与展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Studies of collisionless shockwaves using high-power laser pulses in laboratories[J]. 袁大伟,李玉同.  Chinese Physics B. 2015(01)



本文编号：3726500