激光等离子体相互作用中Weibel不稳定性

利用粒子模拟法对超强激光与等离子体相互作用中产生的Weibel不稳定性及其产生机制进行了详细的研究。给出不稳定性的线性色散关系和饱和磁场与各向异性参数之间的函数关系,发现Weibel不稳定性的存在使超强激光在等离子体中激发的自生磁场饱和,饱和自生磁场的存在使粒子速度分布在激光传播方向上表现出各向异性。讨论了Weibel不稳定性的线性和非线性饱和过程,对更好地理解快点火物理中自生磁场的产生、快电子输运等过程有重要意义。     

相对论强激光与近临界密度等离子体相互作用的质子成像

近临界密度是激光等离子体相互作用中能量吸收和高能电子产生的重要等离子体参数区间.利用激光加速产生的质子束作为电磁场探针,研究了超强激光与近临界密度等离子体相互作用产生的等离子体结构及其时间演化.实验发现,初始均匀分布的质子束穿过近临界密度等离子体后分裂为两个斑.两个质子束斑的间距随着作用时间先增大后减小.并且两个束斑呈不对称分布.分析认为,幅度约为10~9 V/m的不对称分布瞬变电场是产生质子束偏折和分裂的主要原因.粒子模拟的结果也验证了这一解释.该研究对激光尾场电子加速、离子加速、惯性约束聚变快点火方案研究等有一定的参考价值.     

无碰撞等离子体中电子束流不稳定性的时空演化研究

应用二、三维相对论电磁粒子模拟程序研究双电子束流在无碰撞等离子体中传播引起的横向 电磁(Weibel类型)不稳定性和纵向静电不稳定性的发展演化过程.讨论了纯粹Weibel不稳定 性的发生和非线性饱和过程，观察到电流束合并、磁场重联等引起的电子横向加热现象.研 究了电流束传播方向激发的静电场对快电子束传播的影响，观察到其导致的束的横向调制、 磁场通道破坏现象.对这些过程的细致研究对更好的理解快点火物理中自生磁场的产生、快 电子输运等过程有重要意义.     

神光Ⅱ升级装置激光加速质子照相初步实验研究

在神光Ⅱ升级装置上开展了首轮激光加速质子对间接驱动快点火靶内爆过程的照相实验研究。通过激光与靶参数的优化,获得了能量高于18 MeV的质子束。通过静态客体的照相,获得了优于20 m的高空间分辨网格图像,为开展时间分辨的啁啾质子照相奠定了基础。开展了质子动态照相实验,获得了内爆压缩晚期的质子照相图像。实验发现内爆区域质子照相图像存在大量排空现象。内爆压缩区域不足以阻挡如此大范围质子束,证明了其中存在电磁场使得质子向外排开。动态照相的质子能量较低,分析是ns激光打靶过程产生的X射线及等离子体对质子加速存在影响。后续实验中需要进一步优化靶的屏蔽设计。     

弯曲晶体可以对高能粒子的运动进行导向的现象的发现

去年(1979)12月17日的物理快报发表了用弯曲晶体控制带电粒子的轨道的第一个实验结果[1].一个由苏联、波兰和美国合作的实验组在杜布纳联合核子研究所高能实验室,利用84GeV的质子束入射到弯曲的晶体上,发现出射的质子束偏转了达 26mrad.这相当于偏转曲率半径为38cm,等价于240 MV/cm的电场或0.81MGs的磁场. 弯曲晶体的偏转效应,是指进入晶体并在临界角内被俘获到沟道轨道的粒子可以沿着晶体的面的曲率运动,直到晶体的弯曲半径等于临界半径为止.这是因为在弯曲晶体中粒子的运动被平均有效势所导向,这种势包含着与弯曲半径有关的离心成份的…     

激光加速质子束对电磁孤立子的照相模拟研究

激光在次稠密等离子中传输, 由于频率下移而被俘获, 从而产生电磁孤立子. 根据先前理论及PIC 模拟给出的孤立子的演化过程, 对不同阶段孤立子的电磁场分布进行了建模. 使用Geant4蒙特卡罗程序, 模拟研究了激光加速产生的能量为几个MeV的质子束对后孤立子的照相. 分析了质子能量, 质子源尺寸等因素对照相结果的影响, 并利用了TNSA加速产生质子束的分幅特性, 开展了时间分辨的孤立子照相模拟研究. 模拟给出的质子照相结果验证了文献中给出的孤立子静电场模型, 为以后在实验上探测孤立子提供了理论依据. 关键词： 超短激光 质子照相 孤立子 蒙特卡罗方法     

质子成像法测量电容线圈靶磁场

质子背光成像技术是一种诊断等离子体电磁场的重要诊断手段.当质子穿过等离子体的电磁场,质子受洛伦兹力影响在成像板上重新分布.如何从质子成像结果中重构电磁场是一个非常重要的研究课题.本文以激光驱动电容线圈靶为例介绍和对比了粒子追踪法和流量分析法这两种通过质子成像结果重构磁场的方法.激光驱动电容线圈靶通过激光打靶在电容靶两侧产生电势,然后很强的电流流过线圈,最后产生高达千特斯拉的感应磁场,在激光等离子体实验中这是一种重要的产生磁场的手段.本工作中先使用粒子追踪法在不同强度的理论磁场环境下得到质子成像结果,然后使用流量分析法从这些理论质子成像结果重构磁场,最后对比理论磁场和重构磁场以获得两种方法的优缺点.粒子追踪法可以重现实验中质子源、等离子体磁场和成像板的布局结构,但是依赖于精确的理论磁场的计算和庞大的计算量来模拟质子的轨迹,并需要不断修正理论磁场来获得最接近实验结果的模拟结果.流量分析法可以直接从实验的质子成像结果重构磁场结构.但是,流量分析法只适用于磁场较小的情况,当磁场较大时其重构的磁感应强度会误差较大.可以使用一个无量纲参量μ来衡量质子穿过作用区域单位长度后在成像板上的偏折距离,流量分析法适用于μ?1的情况.并且靶的结构在质子成像上形成的阴影区域也会造成磁场重构时磁场结构的失真.     

无碰撞等离子体中电子束流不稳定性的时空演化

强激光在冕区等离子体中传播到临界面附近生成相对论电子和相对论电子束流在随后较长一段稠密等离子体区的能量传输是快点火中的关键问题。对快点火条件下的激光等离子体参数，临界面附近产生的前向快电子电流往往超过阿尔芬极限电流，必须在稠密等离子体中产生中和回流，快电子流才能在稠密等离子体中向前输运。横向电磁不稳定性（类Weibel不稳定性，WI）和纵向静电双流不稳定性（TSI）很容易在这种电子双流体系中激发，前向电子束会被调制或成丝状结构，同时激发电磁场，粒子部分动能会转化为电磁场能量。不稳定性在非线性饱和后，发生电流丝的合并、磁场重联等过程，部分电磁场能量会再转化为粒子能量，表现为对离子体的横向加热。Weibel不稳定性的作用可能形成围绕传播电子束的磁通道，对快电子的定向和准直传播是重要的。TSI激发的纵向静电场对磁场通道会有明显的调制甚至破坏作用，直接影响高能电子流从激光吸收区到燃料压缩区的准直传播。     

基于磁场调制的质子放疗新方法及其调制机制

提出一种基于磁场调制的质子放射治疗新方法, 探索肿瘤剂量、正常器官剂量与磁场调制方法之间的关联机制, 研究磁场调制质子放疗在器官环绕型肿瘤(肿瘤被正常器官环绕或包围)治疗中的应用。基于蒙特卡罗粒子输运程序Geant4,分别建立了理想器官环绕结构（由若干平行六面体结构组成）和含胰腺肿瘤人体腹部解剖结构两种几何构型。分别对两种几何构型内部施加磁场, 通过改变磁场强度和方向,调制质子束布拉格峰几何位置, 利用质子径迹的磁致偏转效应使质子束绕开正常器官对肿瘤进行照射。 对于理想器官环绕型构型, 磁场调制质子放疗可在保证95%剂量覆盖肿瘤情况下将受质子照射正常器官体积控制在接近于零的极低水平。对于胰腺肿瘤解剖构型, 磁场调制方法可使质子束在调制磁场作用下, 绕过脊髓和肾脏照射肿瘤, 并使肿瘤被95%剂量较好地覆盖。通过磁场调制, 可对质子束布拉格峰几何位置和质子径迹弯曲程度进行调制, 绕过正常器官对肿瘤进行照射,从而最大限度地减少正常器官的受照体积和剂量。     

一道力学习题的注记

1引言 带电粒子在电场或磁场中运动时会发生偏转,通过研究粒子在特定电磁场中的偏转此即质谱仪的工作原理所据.     

fs激光在靶背表面产生的质子束成丝

 介绍了利用3TW/60fs钛宝石超短超强激光与20μm铜薄膜靶相互作用的实验。实验观测到质子束的角分布随激光功率密度有所变化。在较高的功率密度（～1×10¹⁸ W/cm²）时，观测到环状的质子束分布，发散角较大。在较低的激光功率密度（～2×10¹⁷ W/cm²）时，质子束发散角减小，质子束出现成丝现象。质子束的角分布实际上反映了从靶前输运到靶背的超热电子电流横向分布。在输运过程中，由于Weibel不稳定性会使超热电子电流出现空心化并最后破裂成丝。     

激光质子照相特性模拟研究

基于超短激光驱动的质子源的照相技术是传统质子照相技术的发展. 使用FLUKA蒙特卡罗（MC）程序,依据激光质子源的特点,对质子照相进行了定量的模拟研究. 通过对三种典型情况的模拟 （半平面靶及台阶靶,激光惯性约束聚变研究用黑腔,磁场网格照相） 分析了影响质子照相的主要物理因素, 表明了激光质子照相具有对界面敏感,高空间分辨,对磁场敏感的优点. 关键词： 超短激光 质子照相 蒙特卡罗     

中性束注入器电偏转系统的参数设计与估算研究

为EAST 装置中性束注入器设计了一套用于将剩余离子在线电偏转的结构,并对系统各设备的核心参数进行了估算。在4.41kV 偏转电压作用下,该电偏转系统可提供80keV 氘离子束偏转所需的偏转电场。在偏转电场调制情况下,该电偏转系统可有效降低极板表面的热负荷,进而满足EAST 中性束注入器稳态运行的需要。     

强激光与双锥靶作用加速准单能质子束

提出了一种新型的双锥靶结构用于准单能质子束加速。利用二维PIC粒子模拟程序研究了强激光与双锥靶作用加速产生质子束的物理过程以及质子束品质。双锥靶产生的质子束在峰值能量和发散角度等方面都明显优于相同激光条件下单锥靶和平面靶的结果。尤其与平面靶相比,双锥靶质子束的峰值能量提高了5倍以上,而且很好地保持准单能性。一方面双锥靶的内锥部分是临界密度材料,提高了激光的吸收效率;另一方面双锥靶内形成了更强的准静态磁场,可以约束引导更多的超热电子传输过锥尖,进而增强加速质子束的鞘层电场。     

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为EAST装置中性束注入器设计了一套用于将剩余离子在线电偏转的结构,并对系统各设备的核心参数进行了估算。在4.41kV偏转电压作用下,该电偏转系统可提供80keV氘离子束偏转所需的偏转电场。在偏转电场调制情况下,该电偏转系统可有效降低极板表面的热负荷,进而满足EAST中性束注入器稳态运行的需要。     

利用多分幅光学探针诊断系统研究激光等离子体

在六路钕玻璃激光等离子体实验装置上,建立了波长0.63μm,脉宽50ps的多幅可见光探针诊断系统。利用该系统对激光产生的等离子体进行了干涉和阴影照相、干涉和法拉第旋转测量等分幅综合诊断研究,并且进行了五时间点分幅的干涉或阴影照相及条纹相机快速扫描诊断研究,得到了等离子体中电子密度轮廓的变化、不均匀性喷流结构、自生磁场等重要物理信息。 关键词：     

由BaTiO3晶体结构相变时的介电特性研究其电场作用下的偶极子偏转路径

在不同频率和偏置电场下测量了BaTiO3晶体从三方相到正交相再到四方相相变过程中的介电温谱.基于BaTiO3晶体在电场作用下的偶极子偏转假设和介电特性实验结果,提出BaTiO3各结构相在电场作用下的偶极子偏转路径可以由其相邻相的介电常数随温度的变化特性表现出来.推断出各结构相的偶极子偏转路径,以及偏置电场对偶极子偏转路径的影响.     

对称性在电磁场方向判断中的应用

在求解电磁场问题中,往往都需要判明总电场或磁场的方向,才好根据电场或磁场分布特点选取相应定理或定律来求解,分析常用的方法都是利用对称位置上取电荷元和电流元,再利用电磁场的叠加原理判断其方向.本文利用带电体和载流导体的对称性直接判断电场方向,分析过程更加简洁,不必涉及太多物理知识,这种分析方法对于初学电磁学的学生来说更加容易接受.     

基于Matlab电磁聚焦的动力学仿真

阐述了电磁聚焦的基本原理,基于Matlab平台使用离散动力学的方法对电子在显像管中的电磁聚焦过程进行了仿真计算.仿真结果显示,偏转电场的目标是使得电子在进入磁场之前在同一电场聚焦点具有不同大小的偏转速度,使得电子束在磁场中能够形成运动轨迹聚焦.该离散动力学的仿真方法基于牛顿运动定律,所以可以推广到所有符合牛顿运动定律的粒子运动,有很广的使用范围.     

基于D3He反应产生的单能质子对ICF内爆过程的照相模拟研究

 为实现单能质子对惯性约束聚变(ICF)内爆过程的诊断,使用FLUKA蒙特卡罗程序模拟分析了影响质子对内爆过程诊断的因素。通过设置不同初始质子数目,来分析质子产额对小球图像质量的影响,结果发现,要得到清晰图像,需要10⁹的质子数。参照实验中常用的靶参数,模拟了直接驱动和间接驱动条件下的照相情况,分析了间接驱动情况下,金属腔对质子束的散射会造成内爆小球图像模糊,说明质子照相不适合间接驱动内爆。给出了一种时间分辨的质子照相方法,通过调整质子产生和内爆产生的时间差,实现了对内爆过程前后不同时刻的照相等。模拟表明,D³He反应产生的14.7 MeV的准单能质子具有的脉宽短、尺寸小的优点,可用于ICF内爆过程的动态照相。