高能物理、自由電子激光、材料科學及醫(yī)學應用都要求發(fā)展緊湊的高梯度加速器。因此新型的緊湊的高梯度加速原理與加速結構是當前國際上的研究熱點。其中高性能加速原理之一是激活介質(zhì)受激輻射粒子加速(PASER),它是將儲存在分子或原子內(nèi)的能量直接用來加速帶電粒子。由于它是一個直接的光子到電子的加速過程,所以它不依賴中間介質(zhì),也不需要相位匹配。因此它成本低,結構簡單、緊湊。 本論文在國際上Levi Schachter等人理論研究的基礎上,對PASER的各種加速性能進行了詳細的理論分析和數(shù)值計算。 論文對介質(zhì)加速的概念進行了理論分析。首先對單個電子束團在介質(zhì)中的加速進行了分析,推導了單個電子束團在受激介質(zhì)中產(chǎn)生的尾場,分別編程計算了我們常用的CO：混合氣體受激介質(zhì)和ArF氣體受激介質(zhì)情況下產(chǎn)生的尾場,并考慮了電離情況,計算結果表明尾場的加速梯度可以達到GV/m的量級,并且在考慮電離情況下,有望達到更高的加速梯度。 然后研究了束團串在受激介質(zhì)中的加速。因為經(jīng)過調(diào)制后的電子束團串間隔如果等于受激介質(zhì)發(fā)射的光子的諧振波長,那么在受激介質(zhì)中運動時由于共振的發(fā)生會使PASER加速獲得更高的能量。國際上理論研究了...

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究意義
    1.2 國內(nèi)外介質(zhì)加速的研究現(xiàn)狀
    1.3 潘寧阱簡介
    1.4 主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點
第2章 受激輻射粒子加速機制的初步分析
    2.1 受激輻射粒子加速簡介
    2.2 運動電荷產(chǎn)生的波
    2.3 受激輻射粒子加速機制的初步分析
    2.4 單個電子束團在介質(zhì)中的受力分析
        2.4.1 電場梯度的一般公式
        2.4.2 無源介質(zhì)的切倫科夫輻射
        2.4.3 有耗介質(zhì)中的歐姆力
        2.4.4 在受激介質(zhì)中的受力分析
    2.5 總結討論
第3章 受激介質(zhì)中的切倫科夫輻射尾場加速
    3.1 無界空間的切倫科夫輻射
    3.2 受激介質(zhì)中的本征模分析
    3.3 混合本征模的基本加速特征
    3.4 驅(qū)動束團在受激介質(zhì)中產(chǎn)生的尾場的理論分析
    3.5 考慮非線性作用時驅(qū)動束團在受激介質(zhì)中產(chǎn)生的尾場的數(shù)值計算
    3.6 本章小結
第4章 電子束團串在受激介質(zhì)中加速的理論分析
    4.1. 模型的簡單介紹(定性分析)
    4.2 電子微束團串在介質(zhì)中產(chǎn)生的尾場的一般公式
    4.3 電子串束團在介質(zhì)中能量交換的一般公式
    4.4 電子束團串在受激介質(zhì)中的能量交換
    4.5. 束團串在二氧化碳混合氣體受激介質(zhì)中的能量交換
        4.5.1 氣體壓強的分析
        4.5.2 共振頻率的選擇
        4.5.3 儲存在受激介質(zhì)中能量密度的影響
        4.5.4 電子的初始動能對能量增益的影響
        4.5.5 束團參數(shù)對能量增益的影響
        4.5.6 每個微束團中電荷量固定時各種參數(shù)的影響
    4.6 圓柱波導邊界條件下電子束團串與氣體受激介質(zhì)之間的能量交換
        4.6.1 波導邊界條件下帶電圓環(huán)在受激介質(zhì)中的電磁場分析
        4.6.2 波導邊界條件下電子束團串在受激介質(zhì)中的電磁場分析
        4.6.3 波導邊界條件下電子束團串在受激介質(zhì)中的能量交換
        4.6.4 各個參數(shù)對能量交換的影響
    4.7 小結
第5章 潘寧阱中受激輻射粒子加速的理論分析
    5.1 潘寧阱中的第二類碰撞
    5.2 在潘寧勢阱中固態(tài)激活介質(zhì)與電子相互作用的動力學分析
        5.2.1 簡介
        5.2.2 模型的描述
        5.2.3 受激介質(zhì)力和能量交換
        5.2.4 運動方程
        5.2.5 分析計算
    5.3 氣體受激介質(zhì)存在時電子在潘寧阱中的聚束情況
        5.3.1 理論推導
        5.3.2 數(shù)值計算模擬
    5.4 總結和討論
第6章 在含有介質(zhì)層的球形傳導腔中的電磁振蕩
    6.1 簡介
    6.2 含有N個同心介質(zhì)層的球形傳導腔的電磁場的一般分析
    6.3 含有同心電介質(zhì)球的球形傳導腔
        6.3.1 腔中電磁場的數(shù)值計算分析
        6.3.2. 品質(zhì)因數(shù)
    6.4 本征頻率為9.37GHz的諧振腔的優(yōu)化設計與計算
    6.5 小結
第7章 總結與展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文



本文編號：3852307