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激光等离子体加速电子与固体靶相互作用产生相对论正电子的模拟计算
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作者 唐甜 罗文 +3 位作者 周剑良 宋英明 朱志超 马燕云 《南华大学学报(自然科学版)》 2015年第2期14-19,共6页
通过理论分析,建立了激光等离子体加速电子与固体靶相互作用产生相对论正电子的物理模型,以及Geant4模拟程序.以100 Me V量级的激光等离子体加速电子束参数为输入,模拟研究了不同靶材和靶厚条件下正电子束的产额、能量、角分布等主要物... 通过理论分析,建立了激光等离子体加速电子与固体靶相互作用产生相对论正电子的物理模型,以及Geant4模拟程序.以100 Me V量级的激光等离子体加速电子束参数为输入,模拟研究了不同靶材和靶厚条件下正电子束的产额、能量、角分布等主要物理参数.结果表明:金靶和钽靶是较优秀的电子—正电子转换靶材;对于相同的金属靶材面密度,正电子产额与原子序数Z的四次方成正比,与原子质量数A的平方成反比,即Ne+∝(Z2/A)2;对于不同的靶材,正电子产额有Ne+∝d2,其中d为靶材厚度,但仍存在一个最佳靶厚度.与利用拍瓦、皮秒激光束与固体靶相互作用产生正电子束的方案相比,利用本方案有望获得更高能量以及更小角发散的相对论正电子束,其流强可达107/shot. 展开更多
关键词 激光等离子体加速电子 相对论正电子 金属靶材 Geant4模拟程序
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基于激光等离子体加速的自由电子激光研究新进展
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作者 姜海 王文涛 +2 位作者 冯珂 顾铮先 李儒新 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期82-88,共7页
激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束,为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展,电子束的品质难以达到自由电子激光的需求,尤其在稳定性、发散角和能散等方面,... 激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束,为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展,电子束的品质难以达到自由电子激光的需求,尤其在稳定性、发散角和能散等方面,阻碍了台式化自由电子激光的研制。介绍了基于激光等离子体加速器的自由电子激光的最新进展,整理了目前高增益自由电子激光实验过程中存在的主要挑战和对应的解决方案与实验进展,并展望未来的发展方向。最近的研究结果证明,通过控制和优化激光等离子体加速器的注入和加速过程产生的高品质电子束可以在指数增益区域实现自发辐射放大,产生高增益的辐射,这也推动基于激光等离子体加速器的自由电子激光研究进入了一个新的阶段。 展开更多
关键词 激光等离子体加速 高品质电子束 自由电子激光 波荡器辐射 新型光源
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面向激光等离子体尾波加速的毛细管放电实验研究 被引量:2
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作者 祝昕哲 李博原 +9 位作者 刘峰 李建龙 毕择武 鲁林 远晓辉 闫文超 陈民 陈黎明 盛政明 张杰 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期205-214,共10页
具有合适径向密度分布的等离子体通道可以用于超短超强激光导引,这使得等离子体通道在激光尾波加速中有着重要的应用.本文介绍了在上海交通大学激光等离子体实验室开展的毛细管放电和光导引实验.通过光谱展宽法测量了充氦气的放电毛细... 具有合适径向密度分布的等离子体通道可以用于超短超强激光导引,这使得等离子体通道在激光尾波加速中有着重要的应用.本文介绍了在上海交通大学激光等离子体实验室开展的毛细管放电和光导引实验.通过光谱展宽法测量了充氦气的放电毛细管中的等离子体密度分布,在长度为3 cm、内径为300μm的毛细管中实现了轴向均匀,径向呈抛物线型的等离子体密度分布.通过改变放电延时和喷气时长,确定和优化了产生等离子体通道的参数区间,得到的最大通道深度为28μm,与实验中使用的激光焦斑半径匹配.在此基础之上,开展了不同能量的激光脉冲在放电等离子体通道中的导引研究,结果发现当通道深度与焦斑半径匹配时,激光可以不散焦地在通道中传输,实现激光导引.这项研究为未来的激光尾波级联加速和锁相加速等研究奠定了基础. 展开更多
关键词 激光等离子体相互作用 激光等离子体尾波加速 等离子体波导
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锐真空-等离子体边界倾角对激光尾波场加速中电子注入的影响 被引量:1
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作者 祝昕哲 刘维媛 陈民 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期206-214,共9页
超短超强激光脉冲在气体等离子体中激发的尾波场加速在过去40年里有了长足的发展,人们已经在厘米加速距离内获得了数GeV的准单能电子加速,激光尾波加速的最高电子能量已经达到8 GeV.为了进一步提升加速电子束的稳定性和品质,多种电子注... 超短超强激光脉冲在气体等离子体中激发的尾波场加速在过去40年里有了长足的发展,人们已经在厘米加速距离内获得了数GeV的准单能电子加速,激光尾波加速的最高电子能量已经达到8 GeV.为了进一步提升加速电子束的稳定性和品质,多种电子注入方式先后被提出.本文研究了基于锐真空-等离子体边界面的密度跃变注入,着重讨论了不同角度的倾斜边界面对注入电子品质的影响.二维粒子模拟研究表明,与倾角为0°的垂直边界面相比,在合适的倾斜边界角下,第二个尾波空泡内产生的注入电量可以有近三倍的提升,同时偏振方向与入射面平行的驱动激光可以增加第一个空泡内注入电子的电量.根据不同激光入射角度时尾波场中电子自注入的起始位置差异,分析了电子电量与横向振荡增强的原因.这些研究有利于提升基于Betatron运动的尾波场辐射及其应用. 展开更多
关键词 激光等离子体相互作用 激光等离子体尾波加速 电子注入
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利用2TW激光器产生具有超小归一化发散角的准单能电子束团的实验和模拟研究
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作者 李大章 高杰 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第B10期548-551,共4页
利用2TW、80fs激光脉冲和等离子体相互作用,产生了能量为(23.0±0.8)MeV、电量为6pC的准单能电子束。该电子束的归一化发散角只有92mrad,较之前激光等离子体加速领域所获得的实验结果至少小了5倍以上。二维数值模拟结果显示,此结果... 利用2TW、80fs激光脉冲和等离子体相互作用,产生了能量为(23.0±0.8)MeV、电量为6pC的准单能电子束。该电子束的归一化发散角只有92mrad,较之前激光等离子体加速领域所获得的实验结果至少小了5倍以上。二维数值模拟结果显示,此结果的产生归功于加速机制上从自调制激光尾场加速向激光尾场加速的平稳过渡。 展开更多
关键词 激光等离子体加速 粒子模拟 高品质电子束
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激光加速器中的靶科学与技术 被引量:1
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作者 马文君 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1047-1053,共7页
激光加速器通过激光打靶产生高能带电粒子,是一种极具潜力的新型加速器.与“靶”相关的科学与技术,对激光加速器性能的提升、设备的实用化与普及起着至关重要的作用.本文概述靶科学与技术对激光加速器的重要意义,探讨其中的关键问题,着... 激光加速器通过激光打靶产生高能带电粒子,是一种极具潜力的新型加速器.与“靶”相关的科学与技术,对激光加速器性能的提升、设备的实用化与普及起着至关重要的作用.本文概述靶科学与技术对激光加速器的重要意义,探讨其中的关键问题,着重介绍北京大学重离子物理研究所研究团队在相关领域取得的进展.通过与纳米科技结合,我们创立发展了碳纳米管靶体系,成功解决了临界密度靶难题;设计并构建双层纳米靶,实现了重离子级联加速过程,解决了短脉冲激光加速重离子/超重离子时高效电离与长时间加速难以兼得的瓶颈问题,创纪录地获得了580 MeV碳离子与1.2 GeV金离子;攻克了高品质靶材批量制备、靶材损伤阈值测控、高精度瞄靶、重频打靶等关键技术,有力推动了激光离子加速器实用化进程. 展开更多
关键词 粒子加速 激光加速 激光等离子体加速 靶科学与技术
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激光加速器装置CLAPA-Ⅱ的研究进展
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作者 王科栋 赵研英 +10 位作者 朱昆 马文君 林晨 吴昊 吴学志 耿易星 赵家瑞 王凯 王强 向海燕 颜学庆 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2023年第10期101-112,共12页
粒子加速器作为核物理科学中的核心仪器设备,是衡量综合国力的一项重要标志.常规粒子加速器已经有了百年的发展史,目前挑战主要集中在高流强、低发射度、更高加速梯度等方面.新加速机制的提出与研究是粒子加速器技术的新兴研究方向.由... 粒子加速器作为核物理科学中的核心仪器设备,是衡量综合国力的一项重要标志.常规粒子加速器已经有了百年的发展史,目前挑战主要集中在高流强、低发射度、更高加速梯度等方面.新加速机制的提出与研究是粒子加速器技术的新兴研究方向.由于激光与等离子体作用不存在击穿问题,产生的加速电场梯度远高于常规加速器,具有可以更加经济地实现高能粒子加速的潜力,一旦达到工程应用标准,将大幅降低加速器的建造应用门槛.但由于激光加速技术发展时间较短,在实际投入工程应用中仍面临很大挑战.为了实现激光加速技术从实验到实际应用的转化,在国家科技部和北京市的支持下,北京大学在怀柔科学城开展了激光加速器装置CLAPA-Ⅱ的研发与建造.本文主要介绍了CLAPA-Ⅱ装置的主要组成,以及关键核心技术相关研究进展. 展开更多
关键词 飞秒激光 激光等离子体加速 激光加速 加速器控制系统
原文传递
一种新型质子治疗剂量递送系统的设计研究及模拟验证
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作者 常城 王若曦 +3 位作者 杜乙 岳海振 吴昊 张艺宝 《中国医学物理学杂志》 CSCD 2019年第7期745-750,共6页
目的:针对激光等离子体加速的质子束流特性,设计用于剂量递送的新型紧凑治疗头系统,并通过模拟计算验证该方法的有效性与适用性。方法:基于实验上已实现的激光质子束流参数,利用散射体设计软件NEU(Nozzles withEverything Upstream)进... 目的:针对激光等离子体加速的质子束流特性,设计用于剂量递送的新型紧凑治疗头系统,并通过模拟计算验证该方法的有效性与适用性。方法:基于实验上已实现的激光质子束流参数,利用散射体设计软件NEU(Nozzles withEverything Upstream)进行流线型散射体设计。通过散角选择和能散调制进一步优化剂量递送效率,并利用蒙特卡罗模拟计算软件TOPAS(TOol for PArticle Simulation)及底层的Geant4(GEometry ANd Tracking)计算引擎分析并验证激光质子通过此剂量递送方法后水模体中的剂量分布。结果:在直径6cm、高5cm的圆柱形靶区内,深度剂量分布平坦度在±1%以内,横向剂量分布在±3%以内。结论:此剂量递送方法及系统适用于现阶段激光质子束流特性,水模体靶区内剂量递送均匀、高效且稳定。 展开更多
关键词 激光等离子体加速 质子治疗 治疗头系统 流线型散射体 蒙特卡罗模拟
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Photon Acceleration of Laser-plasma Based on Compton Scattering
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作者 HAO Dong-shan XIE Hong-jun 《Semiconductor Photonics and Technology》 CAS 2006年第2期139-144,共6页
The one-dimensional electron density disturbance is studied by using the inelastic collision model of the relativity electron and photon group, the relativity theory, the momentum equation and the continuity equation,... The one-dimensional electron density disturbance is studied by using the inelastic collision model of the relativity electron and photon group, the relativity theory, the momentum equation and the continuity equation, which is generated by a driving laser pulse and scattered laser pulse propagating through a tenuous plasma, and the electron density disturbance is closely associated with the incident laser and scattering laser. The electron plasma wave(EPW)is formed by the propagation of the electron density disturbance. Owing to the action of EPW, the increasing of the frequency of the photons in the incident laser pulses that there is a distance with the driving laser pulses is studied by using optical metric. The results show that it is possible that the photon will gain higher energy from the EPW when photon number is decreased and one-photon Compton scattering enters, the photon will be accelerated. 展开更多
关键词 OPTICS Electron density disturbance Photon acceleration Compton scattering
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Ion Acceleration in Laser-Plasma Interaction: Shock, Sheath, and Scaling
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作者 XIE Bai-Song WU Hai-Cheng 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2009年第6期1125-1128,共4页
Some notes and comments on ion acceleration in laser-plasma interaction is given, in particular for the implication of shock, sheath and sealing. A simple model is proposed for ion acceleration by the combination of s... Some notes and comments on ion acceleration in laser-plasma interaction is given, in particular for the implication of shock, sheath and sealing. A simple model is proposed for ion acceleration by the combination of shock and sheath. The obtained scaling relations between the maximum ion energy and laser parameters (power, pulse duration) as well plasma parameter (plasma density)for example α PL 7/12 Eion,max α TL1/3 and Eion,max α ne2/3,are compared to the previous works. Some deficiencies and implications of model and results are discussed. 展开更多
关键词 laser-plasma acceleration shock waves plasma sheaths
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Numerical Investigations of Transverse Gradient Undulator Based on Novel Light Sources
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作者 Tong Zhang Guanglei Wang +7 位作者 Haifeng Yao Dong Wang Wentao Wang Cheng Wang Zhinan Zeng Jiansheng Liu Jiuqing Wang Shuhong Wang 《Journal of Mechanics Engineering and Automation》 2014年第7期610-615,共6页
With the stat-of-the-art laser technique, the quality of electron beam generated from LPA (laser-plasma accelerator) is now becoming much better. The natural merits of electron beam from LPA, e.g., high peak current... With the stat-of-the-art laser technique, the quality of electron beam generated from LPA (laser-plasma accelerator) is now becoming much better. The natural merits of electron beam from LPA, e.g., high peak current, ultra-low emittance and ultra-short bunch length, etc., pave the way to the novel light sources, especially in the realm of developing much more compact x-ray light sources, e.g., table-top XFEL (x-ray free-electron laser). However, the radiation power is limited by the rather larger energy spread than conventional radio-frequency electron LINAC (linear accelerator). Luckily, much more power could be extracted by using the undulator with transverse gradient when energy spread effect could be compensated. In this paper, we introduce a novel soit x-ray light source driven by LPA together with TGU (transverse gradient undulator) technique, meanwhile we present a simple idea on how to achieve much higher rep-rate (e.g., -100 kHz) FELs (free-electron lasers) boosted by TGU based on storage rings. 展开更多
关键词 FEL TGU LPA
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全光逆康普顿散射源
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作者 魏见萌 夏长权 +6 位作者 冯珂 张虹 姜海 葛彦杰 王文涛 冷雨欣 李儒新 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期78-89,共12页
逆康普顿散射源是利用高能电子束和强激光对撞产生高能辐射的光源。传统电子加速器作为电子源的逆康普顿散射源体积庞大,难以推广。而新型的激光等离子体电子加速器具有更高的加速梯度,具备小型化的发展潜力。全光逆康普顿散射源就是一... 逆康普顿散射源是利用高能电子束和强激光对撞产生高能辐射的光源。传统电子加速器作为电子源的逆康普顿散射源体积庞大,难以推广。而新型的激光等离子体电子加速器具有更高的加速梯度,具备小型化的发展潜力。全光逆康普顿散射源就是一种基于激光等离子体电子加速器实现的小型化高能辐射源,具有更短脉宽、更高亮度的辐射输出,应用前景十分广阔。首先,总结了全光逆康普顿散射源在提高亮度、能量和单能性等方面的优化研究进展,并分析了设计重点;最后,介绍了全光逆康普顿散射源在基础科学研究、工业和生物医学领域的典型应用。 展开更多
关键词 超快激光 激光等离子体电子加速 全光逆康普顿散射源 新型辐射源
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Modified Bubble Core Fields and Bubble Shape in Laser Driven Plasma
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作者 吴海城 谢柏松 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2013年第4期484-488,共5页
Bubble core fields as well bubble shape modification due to the nondepleted electrons inside the bubble is investigated theoretically. It is found that the Mope of transverse fields are reduced significantly, however,... Bubble core fields as well bubble shape modification due to the nondepleted electrons inside the bubble is investigated theoretically. It is found that the Mope of transverse fields are reduced significantly, however, the slope of longitudinal electric field, which plays a key role on electrons acceleration in bubble, changes little. Moreover a modified longitudinal compressed bubble shape leads to a shorter dephasing distance which makes the electrons acceleration energy reduced to some extent. As a comparison we perform particle-in-cell simulations whose results are consistent with that of our theoretical consideration. 展开更多
关键词 laser-plasma interaction laser-driven plasma bubble PARTICLE-IN-CELL
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