隨著啁啾脈沖放大技術(shù)的出現(xiàn),極大地促進了激光技術(shù)的發(fā)展,激光輸出功率不斷提升,激光與物質(zhì)相互作用研究進入了嶄新的領(lǐng)域。近年來,激光電子加速、質(zhì)子加速和新型X射線源等相關(guān)領(lǐng)域的研究都取得了重大進展。其中,激光加速的高能量密度的準直快電子束具有很多良好的性能特點而被應(yīng)用在快點火慣性約束聚變方案、γ射線成像、相對論正電子產(chǎn)生等眾多的研究領(lǐng)域,拓展了物理學(xué)領(lǐng)域的研究范疇。因此,如何高效地產(chǎn)生大量高能的準直快電子,一直都是強激光等離子體領(lǐng)域備受矚目的研究熱點。本文采用二維PIC模擬的方法對強激光驅(qū)動的錐形靶真空電子加速進行了研究,針對目前制約真空加速機制研究發(fā)展的主要問題:如何產(chǎn)生具有一定初速度的電子并將其注入加速場進行了改善。文中第一部分首先介紹了激光等離子體相互作用的研究背景及研究領(lǐng)域,之后對激光電子加速方面的基本理論以及研究現(xiàn)狀進行了詳細的闡述,接下來對等離子體粒子模擬方法進行了介紹。在文章的第二部分,對單個電子在平面波激光場中的相對論動力學(xué)進行了研究。我們求解了具有初始動量的電子在平面波激光場中運動的解析通解,發(fā)現(xiàn)具有縱向初始動量的電子能夠在加速過程中獲得更大的能量增益。在此基礎(chǔ)上,我們... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１激光強度及相應(yīng)物理研究隨年代的變化和發(fā)展ｌＵ］??為了提高輸出功率，人們使用的傳統(tǒng)方法是增加激光系統(tǒng)的光學(xué)口徑和束數(shù)，然而??資金和空間等因素限制了功率的進一步提升

穩(wěn)定性、共振吸收和有質(zhì)動力加速等使激光通道上的電子獲得能量，我們將這部分被加??速的電子稱為超熱電子（ｓｕｐｅｒｔｈｅｒｍａｌｏｒｆａｓｔｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）。超熱電子在物質(zhì)內(nèi)傳輸會產(chǎn)生更??復(fù)雜的次級效應(yīng)，如圖１．２所示，包括原子激發(fā)、背景等離子體回流、Ｘ射線和正電子??等次級粒子產(chǎn)生、光核反應(yīng)、自生電磁場和輸運不穩(wěn)定性等．??如果激光強度提高到１０２４Ｗｃｍ－２，電子有可能加速到ＴｅＶ，通過與原子核相互作用??可以激發(fā)如Ｙ爆、正負電子等離子體等現(xiàn)象。質(zhì)子將足以被激光直接加速到相對論能量??（ＧｅＶ），引起大量核子碰撞事件，產(chǎn)生７Ｃ介子、ｐ子和中微子束等；這些核反應(yīng)粒子又??可以被激光再次加速，壽命大大延長，使人們在實驗室廣泛模擬天體物理現(xiàn)象成為可能。??進一步地，若激光強度達到ｌ〇２８Ｗｃｍ＿２，將進入非線性ＱＥＤ區(qū)域。激光電場強度接近??Ｓｃｈｗｉｎｇｅｒ極限，足以極化真空而直接產(chǎn)生正負電子對，甚至產(chǎn)生＾子對等。??４??

吸引了世界各國的廣泛關(guān)注，為激光聚變奠定了重要基礎(chǔ)。??１．４．１．１中心點火??中心點火方案示意圖如圖１．３所示，傳統(tǒng)的中心點火方案包括直接驅(qū)動和間接驅(qū)動。??以直接驅(qū)動為例，高功率激光對稱地輻照一個內(nèi)部充滿冷ＤＴ氣體的靶丸，靶丸的外層??物質(zhì)通過吸收激光能量被加熱和蒸發(fā)；之后，燒蝕等離子體向外膨脹噴射，由于動量守??恒，內(nèi)層的固體ＤＴ被反沖向內(nèi)壓縮；當壓縮沖擊波在靶丸心部會聚時會發(fā)生內(nèi)爆，流??體的動能迅速轉(zhuǎn)化為燃料的內(nèi)能，燃料被壓縮到極高密度并加熱到極高溫度，實現(xiàn)聚變??點火。燃料的利用率為其中Ｈ?＝?７ｇ＊ｃｍ＿２，?ｐ／ｆ是燃料壓縮面密度。為??了產(chǎn)生足夠的增益，ＤＴ燃料必須被壓縮到足夠高的密度，同時熱斑必須維持足夠長的??時間以使內(nèi)爆產(chǎn)生的聚變《粒子到達整個燃料區(qū)實現(xiàn)自持燃燒。研宄發(fā)現(xiàn)，均勻加熱靶??丸將導(dǎo)致不可接受的、小的能量增益


本文編號：3146796