强流重离子束驱动的高能量密度物理研究进展

强流高能离子束可以准等容加热任何高密度样品,制备出尺度大、状态均匀、内部无冲击波的高能量密度物质,为实验室研究高能量密度物理提供了一种独特的新手段。介绍了国内外典型的强流重离子加速器装置及其与高能量密度物理相关的关键参数设计和研究规划;展示了基于粒子和流体模拟的离子束驱动高能量密度物质产生和状态演化规律进展;介绍了一套兼具高时空分辨和高穿透力的高能电子成像诊断技术;分析了中低能区离子束与等离子体相互作用过程中的碰撞和电荷交换微观机制,以及激光加速超短超强离子束在等离子体中的非线性输运和欧姆能损机制。

基于HIAF装置的高能量密度物理研究

高能量密度物理的研究对象是能量密度超过1011J/m3或压强超过100 GPa极端状态的物质,这种物质广泛存在于恒星和大质量行星内部,同时也短暂存在于核弹爆炸和惯性约束聚变等高功率加载过程中.高能量密度物理研究是科技强国在国防安全、天体物理及聚变科学技术等重大领域竞相追逐的前沿热点,也是国内外大型高功率激光装置、Z箍缩装置以及重离子加速装置的重要科学目标.本文将主要介绍基于强流重离子加速器装置(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility,HIAF)的高能量密度物理研究.HIAF装置将可以提供极高功率的强流重离子束,单脉冲能量和功率将分别达到100 kJ和TW量级.如此高功率的离子束直接加热金、铅等固体材料,可以产生密度接近原固体密度、温度约10 eV、空间尺度mm–cm量级的状态均匀的高能量密度物质(能量密度达到1013J/m^(3)量级),为实验室研究高能量密度物质的产生、物态性质及其演化规律提供先进的研究平台.基于HIAF的高能量密度物理研究主要包括:(1)强流离子束驱动高能量密度物质的产生及其发展规律;(2)离子束在稠密物质或等离子体中的能量沉积与输运性质;(3)离子束驱动高能量密度物质关键诊断技术.本文还将重点介绍上述三个关键科学技术问题的研究现状和进展.