粒子加速器的出現(xiàn)是人類科學發(fā)展史上的里程碑,粒子加速器的發(fā)展也一直代表著人類探索物理本質(zhì)的最前沿。然而目前傳統(tǒng)加速器和基于傳統(tǒng)加速器的同步輻射裝置的發(fā)展卻越來越難以跟上人類科學研究的快速步伐。近年來,激光技術(shù)的發(fā)展,尤其是超短超強激光技術(shù)的進步,推動了現(xiàn)代物理學中高能量密度物理領(lǐng)域的不斷發(fā)展。人們在超短超強激光與等離子體相互作用中發(fā)現(xiàn)了新型的粒子加速原理:激光尾波場加速。相比于傳統(tǒng)加速器,激光尾波場中的電子加速梯度可以高出3個數(shù)量級,能夠?qū)斍皠虞m長達數(shù)公里的大型傳統(tǒng)加速器縮小到臺面尺度,有望成為下一代TeV量級加速器的備選方案;也具備將需要利用高能電子的傳統(tǒng)同步輻射裝置小型化和實用化的潛力。然而基于激光尾波場加速產(chǎn)生的高能電子和輻射相比目前已經(jīng)成熟的傳統(tǒng)加速器和輻射源還有一定的缺點,有待科研人員的進一步深入研究。本文中,我們將就基于激光尾波場的電子加速和輻射產(chǎn)生過程,如電子能量提高、電子注入方式、輻射產(chǎn)生方案等問題給出自己的看法,希望將激光尾波場加速推向?qū)嵱�。本學位論文除緒論外主要包含以下兩方面工作:第一部分主要研究激光等離子體尾波場中的電子加速過程。首先,我們將提出一種新的激光尾波... 

【文章來源】：上海交通大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

–1超短超強激光及其推動的物理學的發(fā)展

沖的有質(zhì)動力會將背景等離子體電子完全排開，在激光脈沖后形成一個厚度與等離子體趨膚深度 相當?shù)那蛐吻蕦�，球體內(nèi)部僅有帶正電的離子存在，即為空泡區(qū)域的等離子體尾波場，如圖1–2所示。隨著激光向前傳播，部分背景等離子體電子會被該球形空泡捕獲并在空泡內(nèi)被加速，通過 beam loading 效應造成注入截止，最終產(chǎn)生準單能的高能電子束。圖 1–2 等離子體尾波場產(chǎn)生和電子注入過程的示意圖。圖片來自文獻 [22]Fig 1–2 Generation of plasma wakefield and injection of electrons.球形空泡的半徑 遠小于等離子體離子振蕩的特征長度 ，其中等離子體離子頻率2 201/2，Z 為離子電荷數(shù)， 為粒子質(zhì)量，0為等離子體離子密度。故可以忽略球形空泡中離子的運動。在空泡中電子密度為 0

pξ) trajectories in one-dimensional laser wakefield.圖1–3給出了求解方程（1–30）、（1–31）得到的單電子在一維激光尾波場中的運動軌跡，其中實線內(nèi)的虛線代表能夠被注入電子的相空間軌跡，下方虛線和未閉合點線代表無法被注入電子的相空間軌跡，也是初速度接近于 0 的背景等離子體電子的運動軌— 8 —


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