本文關(guān)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(qū)動的尾波場加速取得了巨大進(jìn)展,產(chǎn)生的高能電子除了有望成為自由電子激光和直線對撞機(jī)的注入源之外,也可以被用來產(chǎn)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(shí)驗(yàn)上產(chǎn)生的電子束和betatron輻射,并利用數(shù)值模擬進(jìn)行了分析和驗(yàn)證。本論文研究的主要內(nèi)容包括激光驅(qū)動尾波場電子加速的產(chǎn)生和優(yōu)化,基于離化注入的betatron輻射增強(qiáng),基于自調(diào)制尾波場加速的betatron輻射產(chǎn)生,以及利用近臨界密度氣體靶產(chǎn)生X射線以及團(tuán)簇形成特性的初步實(shí)驗(yàn)研究。第一章是緒論,介紹了一些與我們實(shí)驗(yàn)直接相關(guān)的基本物理機(jī)制和相關(guān)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)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(yīng)、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(qū)動的尾波場電子加速方面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,主要內(nèi)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(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了流強(qiáng)高達(dá)20kA的電子束,并通過數(shù)值模擬證明了其產(chǎn)生機(jī)制。然后,我們利用激光與氮?dú)庀嗷プ饔?系統(tǒng)地研究了基于離化注入產(chǎn)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(qiáng)的研究。實(shí)驗(yàn)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(qiáng)了十倍。通過數(shù)值模擬,我們發(fā)現(xiàn)了輻射增強(qiáng)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(qiáng)作用。第四章是利用亞ps的大能量激光和氦氣靶作用驅(qū)動的betatron輻射研究。在實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生機(jī)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(chǎn)生原因。第五章是我們對團(tuán)簇形成特性以及激光與臨界密度氣體靶作用進(jìn)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(tuán)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(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O53;TN249

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本文編號：1287180