本文關鍵詞：基于激光與氣體靶作用的電子加速和betatron輻射研究

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【摘要】：近十年來,激光驅動的尾波場加速取得了巨大進展,產生的高能電子除了有望成為自由電子激光和直線對撞機的注入源之外,也可以被用來產生新型的超快輻射源。本論文研究了基于相對論激光與氣體靶相互作用,在實驗上產生的電子束和betatron輻射,并利用數值模擬進行了分析和驗證。本論文研究的主要內容包括激光驅動尾波場電子加速的產生和優(yōu)化,基于離化注入的betatron輻射增強,基于自調制尾波場加速的betatron輻射產生,以及利用近臨界密度氣體靶產生X射線以及團簇形成特性的初步實驗研究。第一章是緒論,介紹了一些與我們實驗直接相關的基本物理機制和相關的研究現狀及進展,包括相對論激光在等離子體傳輸過程中一些非線性效應、幾種激光等離子體加速器和可控的注入方式以及基于尾波場加速的betatron輻射源。第二章介紹了我們在激光驅動的尾波場電子加速方面的實驗結果,主要內容包括兩方面。首先,我們研究了非匹配條件下的尾波場電子加速,在實驗中產生了流強高達20kA的電子束,并通過數值模擬證明了其產生機制。然后,我們利用激光與氮氣相互作用,系統(tǒng)地研究了基于離化注入產生的電子束的特征和優(yōu)勢。第三章是基于離化注入的betatron輻射增強的研究。實驗中,在相似的激光條件下,我們基于離化注入獲得的betatron X射線比自注入時的增強了十倍。通過數值模擬,我們發(fā)現了輻射增強的原因,即快速的離化注入過程和注入位置有利于電子快速地追上激光并與其發(fā)生betatron共振增強作用。第四章是利用亞ps的大能量激光和氦氣靶作用驅動的betatron輻射研究。在實驗中,我們測到了兩種不同臨界能量的X射線能譜,分析了其產生機制。另外,我們在激光偏振方向還測到了大電量的電子束,并初步分析了其產生原因。第五章是我們對團簇形成特性以及激光與臨界密度氣體靶作用進行了初步研究。我們利用瑞利散射的方法,系統(tǒng)地研究了氙氣以及氫氙混合氣體形成團簇的時間延時和特性。我們還初步地研究了百太瓦飛秒激光與近臨界密度靶作用的電子加速和X射線輻射。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O53;TN249

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