等离子体密度对尾场加速中最优束流负载的影响

探讨了当束团参数固定时,通过改变束团电荷量来改变束流的负载状态以达到最优束流负载条件,以及改变等离子体密度对束流负载特性的影响;通过实验发现,等离子体的入口和出口处均存在逐渐增加或降低的等离子体密度坡,并探究了该密度坡对束团相对能散的影响.利用QuickPIC对粒子的行为及其在等离子体中的演化状态进行了模拟;利用理论分析法对束团状态和相对能散的变化进行了综合分析和论证.结果表明:1)在传播方向上局部微调等离子体密度可降低尾随束团的相对能散;2)密度坡的存在会降低相对能散;3)改变等离子体密度,可实现欠负载、过负载,以及最优束流负载之间的切换,最终能散相较最优束流负载状态下的能散更低.

介质壁加速器尾场阻抗的模拟计算

为了研究尾场效应引起的束流不稳定性,建立了由非对称Blumlein脉冲形成线、导体层和微堆层构成的介质壁加速器单元模块模型,用有限积分法对强流电子束在此结构中产生的尾场进行了计算,分别计算单组元和2组单元加速模块中的尾场势和尾场阻抗。从模拟的结果来看,x,y方向的尾场势和尾场阻抗都很小,束流尾场对横向的影响比较小。z方向的尾场势和尾场阻抗影响较大,尾场阻抗达到100Ω量级。证明了由于介质壁加速器结构在加速腔长度和束流通过路径的连续性方面都具有很大的优势,横向阻抗小,束流尾场效应在束流不稳定性方面的影响相对较小,束流传输时的要求也会降低。

一种低喷气量微气室喷嘴在激光尾场加速中的应用

激光尾场加速是一种利用超强飞秒激光与气体靶作用加速电子的新型加速技术,经过40多年的发展已经日益成熟,但是重复频率相比传统加速器还有很大的差距.高重复频率加速是未来激光尾场加速的一个重要发展方向,届时气体靶给真空系统带来的负载将不可忽视,这可能会成为限制重复频率的重要因素.本文设计了一种应用于中小规模激光器的微气室喷嘴,并通过三维流体模拟对比了这种喷嘴和常用的超音速喷嘴的喷气量差异,证明它不仅能够产生和超音速喷嘴类似的密度分布,还能够大幅降低喷气量,从而减小真空系统的负载,提高重频的上限.此外,把这种微气室喷嘴应用于激光尾场加速实验中,在多条件下产生了稳定性很好的电子束.这个工作将为高重频、高稳定性的尾场加速做出贡献.

合肥电子储存环上新旧高频腔的尾场及耦合阻抗的计算

合肥 8 0 0MeV电子储存环的二期升级工程正在进行 ,其中高频腔的改造和加工将要完成 ,由于原有高频腔存在较多不合理因数 ,将要被新腔所替换。为了充分估计在将来运行时 ,高频腔的耦合阻抗对储存高流强的影响 ,需要对新旧高频腔宽带耦合阻抗进行比较计算。用电磁场计算软件MAFIA对高频腔的耦合阻抗及电子束在此结构中产生的尾场进行了计算 ,结果说明旧高频腔的耦合阻抗比新高频腔小。

在激光尾场加速中电子密度和初始动量对其自注入及加速的影响

利用哈密顿理论给出了等离子体电子在尾场中捕获及其加速与激光、等离子体参量的关系表达式.讨论了等离子体电子密度和初始动量对电子自注入和加速的影响机制.研究结果表明:静止电子不能被尾场捕获并加速,而具有一定初始动量的电子容易自注入至激光尾场中并得到加速.等离子体密度越小,激光尾场场强越强,电子将获得更大的能量.2维粒子模拟结果与理论结论一致.所得结果对超强超短脉冲激光尾场加速电子的方案具有理论指导意义.

双束流激发的纵向尾场与纵向不稳定性的研究

用解析的方法研究了同向和反向运动束流激发的纵向尾场，并且给出了线性近似下束团 沿环不均匀分布情形下的双束流多束团纵向不稳定性的计算公式，得出了双束流不稳定性与高频腔（或 其它类腔结构）在环上位置及模的对称性有关的结论。

日冕背景下的等离子体尾场效应

计算了高能脉冲电子束在冷背景和热背景等离子体条件下产生的等离子体尾场（ＰＷＦ）大小，讨论了高能电子束的速度、密度、长度对等离子体尾场分布的影响．在这基础上，研究了太阳耀斑脉冲相产生的向外逃逸高能脉冲电子束在日冕背景等离子体条件下激发的等离子体尾场分布以及对其捕获电子的加速．

盘荷波导栏片圆弧对频率和尾场的影响

利用变分法详尽地研究了 X-波段盘荷波导中栏片圆弧对频率和尾场的影响 ,比较了不同栏片形状下加速模和横向模的频率与尾场。研究表明栏片形状对频率的影响较小 ,但对尾场的影响较大。在圆弧栏片和直边栏片两种情形下 ,最危险 EH1 6 模的尾场相差超过 1 5% 。

短束激励的尾场波裂条件

解析研究极短电子束激励的等离子体线性与非线性尾场,发现它们具有相同的最大值。在同样实验数据下,利用所得的尾场公式得出的理论值好于以往文献的公式理论值。得到了相应的波裂条件。

基于激光尾场加速的自反射式全光汤姆孙散射的参数优化

基于激光尾场加速的全光汤姆孙散射能够提供高质量X射线束并大大减小装置的尺寸.与分光式相比,自反射式的构架可以降低实验的时空同步难度,但是由于激光尾场电子加速和汤姆孙散射过程耦合, X射线优化难度大,目前缺乏参数优化的相关报道.本文用数值模拟修正解析理论的方法,定量分析了激光尾场电子加速和汤姆孙散射过程中激光和电子束的焦斑、脉宽、能量等参数变化情况,并给出了激光在等离子体镜上的反射率,从而实现了用解析公式计算而非数值模拟跟踪参数变化,在保证精度的同时节约了计算时间.另外,利用修正后的公式优化了给定激光条件下的自反射式全光汤姆孙散射X射线,通过改变等离子体密度和等离子体镜位置这两个参数给出了最优X射线亮度和光子产额,该方法为将来结合人工智能优化控制全光汤姆孙散射光源提供了理论基础.

多狭缝法测量激光尾场电子束发射度的模拟研究

发射度是描述束流品质的重要物理量,根据发射度和传输矩阵可以准确计算束流包络和发散角的变化。在考察传统加速器束流发射度测量方法的基础上,提出采用多狭缝法对激光尾场产生的电子束发射度进行测量。采用宽度为20μm的多狭缝板对发射度为0.05 mm·mrad的激光尾场加速电子发射度进行测量,数值模拟结果表明采用多狭缝法测量的相对误差可以控制在5%以内。并给出了不同狭缝参数对测量精度的影响,模拟结果表明狭缝宽度对发射度测量精度影响最大。狭缝宽度越窄,测量精度越高,反之,则越低。

基于混合注入机制的级联尾场电子加速

激光尾场电子加速装置中,为了获得可稳定重复产生的高质量单能尾场电子,电子的可控注入是其中的关键.基于自主设计的级联加速喷气靶,研究离化注入、冲击波前沿注入等可控注入技术及其结合对尾场电子产生阈值、电子能谱及其稳定性的影响.研究结果显示,离化注入机制、冲击波前沿注入机制以及级联加速喷嘴的结合,可以使尾场电子的注入阈值大幅度降低,且电子的离化注入区域被限制于冲击波前沿处,最终大幅度降低电子束的绝对能散、提高稳定性.在最优化的条件下,可以获得最小发散角为(3.6×3.8)mrad,平均中心能量为(63.24±6.12)MeV,平均能散为(13.0±3.9)MeV、平均电量为(5.99±3.10)pC的重频单能尾场电子.

非对称激光等离子体尾场中被加速电子的模拟

为了研究在激光驱动的等离子体尾场中被加速电子的动力学,采用数值模拟方法得到了非对称脉冲驱动的尾波场中被加速的电子的运动相图、密度分布及势能。结果表明,非对称激光脉冲驱动尾场中电子得到很高的能量。在非对称激光脉冲驱动的激光尾场中,为了有效地加速电子,要选择恰当的上升激光脉冲长度和下降激光脉冲长度。

非对称脉冲超强激光产生的尾场空泡区和超空泡区中的正电子加速(英文)

在震荡中心哈密顿原理的(oscillation-center Hamiltonian)框架下,讨论了用非对称圆极化的强激光脉冲激发的尾场和在超空泡区中加速正电子的相关问题.研究内容包括:在超强激光所激发的空泡后区中的尾场正电子加速方法和在超空泡区中的雪梨(snow-plow)正电子加速方法.通过理论分析和数值模拟方法定性地比较了2种正电子加速方法的有效加速性能.结果显示,尾场加速的效果比雪梨加速好,2种加速方法中激光脉冲振幅与被加速正电子的能量之间分别存在着指数关系和线性关系.

组合激光脉冲激发的等离子体尾场的参数研究

本文通过数值和解析方法分析了对称强激光脉冲和弱激光脉冲的前后结合所形成的混合激光激发的尾场的参数对尾场势的影响.讨论了在弱脉冲的位置有所改动的条件下,尾场最大和最小势随各激光脉冲参数变化的敏感度.

激光尾场中被加速电子的动能研究

为了研究在激光驱动的尾场中被加速电子的动能,采用粒子模拟方法,得到了决定电子最大动能的尾场势的最大值和最小值,讨论了等离子体尾波静电势的最大值和最小值及其与激光脉冲长度和强度之间的关系。结果表明,捕获电子最大能量与脉冲激光强度成正比,激光脉冲长度是激光波长的10倍时电子获得的能量最大。

激光尾场中Betatron振荡产生X射线的研究进展

增强激光尾场中betatron振荡产生的X射线强度的新方法已成为目前研究的热点。在剖析激光尾场电子加速(LWFA)中产生X射线的研究现状的基础上,探索了增强betatron X射线强度的方法,介绍了激光尾场中betatron振荡产生X射线的研究进展。

正弦三角激光脉冲尾场加速正电子模拟

为了研究正弦三角激光脉冲和低密度的等离子体相互作用时加速正电子的运动,采用数值模拟方法进行了数值计算,得到了被加速正电子的动能。结果表明,由于正弦三角激光脉冲激发产生的Raman散射原因,使得被尾场捕获的正电子数增多及相应的初速度增大;非对称正弦三角脉冲的前沿比对称正弦三角脉冲更陡,具有更强的有质动力势,能够产生更强的尾场,因此非对称正弦三角激光脉冲比对称激光脉冲驱动尾场中正电子的能量高。该研究结果说明,非对称正弦三角激光脉冲能够有效地提高正电子的加速效果。

电子、正电子、离子等离子体尾场中被加速正电子的研究(英文)

为了研究在激光驱动的等离子体尾场中被加速正电子的动力学,使用了由电子、正电子、离子组成的等离子体,通过采用数值模拟方法得到了非对称脉冲驱动的尾波场中被加速的正电子的运动相图、动能变化,势能.数据结果表明:非对称激光脉冲驱动尾场中正电子得到很高的能量.提高等离子体中的正电子比例会使电子和正电子的加速效果减弱.在非对称激光脉冲驱动的激光尾场中,为了有效地加速正电子,要选择恰当的上升激光脉冲长度和下降激光脉冲长度.