“最新平台”激光光压离子加速动态致稳新方案

产品时间:2022-04-13 20:27

简要描述:

强劲激光与物质相互作用中,其电荷分离出来场可高约100GV/m,比传统射频加速器低3个数量级,需要在厘米量级的距离内将带电粒子加快到GeV能量,因此利用激光加速器代替传统加速器引发了科学界的普遍兴趣。在诸多激光离子加快机制中,光压加快(RadiationPressureAcceleration,RPA)理论上取得的离子束具备能散小、束流密度大、能量转化成效率高等特点,是当下研究的前沿和热点。虽然RPA理论及一维仿真结果极具吸引力,但目前实验上还难以获得预期的好结果。...

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本文摘要:强劲激光与物质相互作用中,其电荷分离出来场可高约100GV/m,比传统射频加速器低3个数量级,需要在厘米量级的距离内将带电粒子加快到GeV能量,因此利用激光加速器代替传统加速器引发了科学界的普遍兴趣。在诸多激光离子加快机制中,光压加快(RadiationPressureAcceleration,RPA)理论上取得的离子束具备能散小、束流密度大、能量转化成效率高等特点,是当下研究的前沿和热点。虽然RPA理论及一维仿真结果极具吸引力,但目前实验上还难以获得预期的好结果。

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强劲激光与物质相互作用中,其电荷分离出来场可高约100GV/m,比传统射频加速器低3个数量级,需要在厘米量级的距离内将带电粒子加快到GeV能量,因此利用激光加速器代替传统加速器引发了科学界的普遍兴趣。在诸多激光离子加快机制中,光压加快(RadiationPressureAcceleration,RPA)理论上取得的离子束具备能散小、束流密度大、能量转化成效率高等特点,是当下研究的前沿和热点。虽然RPA理论及一维仿真结果极具吸引力,但目前实验上还难以获得预期的好结果。

究其根源,除去实验上激光靶参数过于理想外,最关键的原因就是高维条件下不稳定性的轻微发展。主流指出主要是类瑞利-泰勒(RT)不稳定性在起负面影响。

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这种不稳定性发展最后不会引起实时加快等离子体片中电子的冷却和大量损失,造成等离子片再次发生库仑发生爆炸,加快被毁坏,最后取得的离子束品质劣。如何诱导不稳定性的再次发生是目前RPA研究最不具挑战性的问题之一,诸多方法被明确提出和研究,但实际效果仍然都不理想。图1光压加快动态致稳方案示意图经过数年的深入研究,北京大学乔宾课题组,另辟蹊径,按照几乎有所不同的思路,考虑到如何动态地填补光压加快中RT等不稳定性带给的毁坏起到而非意味着诱导不稳定性再次发生这一点子,首次明确提出利用低Z涂层的电离效应在激光光压加快过程中动态补足电子,填补RT不稳定性带给的加快等离子体片的电子损失,从而构建动态致稳RPA(图1)。这一全新方案十分“皮实”,三维粒子仿真表明在目前现实的激光和靶参数条件下,此方案可实现平稳的光压离子加快,并且可以应用于加快低Z重离子源(图2)。

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图2三维粒子仿真结果。考虑到电离(a)与不考虑到电离(b)情况下,在激光起到完结时,Al13+离子密度等值面分布图;(c)适当Al13+离子能谱(红线代表考虑到电离的情形,蓝线回应不考虑到电离的情形)。

涉及研究成果于近期公开发表在PhysicalReviewLetters[118,204802(2017)]上。PRL审稿人对该方案得出了高度评价,指出该工作为激光光压加快研究领域作出了最重要贡献,说明了了动态电离在强劲激光与重离子相互作用中的最重要意义。乔宾课题组博士研究生沈晓飞为该论文第一作者,乔宾研究员为通讯作者,合作者还包括周沧涛研究员、贺贤土院士等。


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