超强激光与微结构靶相互作用的非线性物理过程研究
批准号:
11705280
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
30.0 万元
负责人:
邹德滨
依托单位:
学科分类:
高能量密度物理
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
邵福球、欧阳建明、杨晓虎、刘建勋、张国博、王伟权、胡理想
中文摘要
超强激光与等离子体的能量耦合对超强激光驱动高效的粒子加速及其辐射至关重要,微结构靶是目前大幅提升激光能量转换效率的最有效方法之一。本项目利用理论分析和粒子模拟系统研究超强激光与微结构靶相互作用的非线性动力学过程,获得激光能量吸收、表面等离子体波激发、超热电子和高能离子产生的定量描述,并讨论前表面微结构的周期变化对离子加速效果的影响;建立基于等离子体波导的电子加速理论模型,优化激光和靶结构参数以大幅提升离子束能量及X射线辐射强度,为未来开展的相关实验研究提供理论参考和模型支撑。
英文摘要
Coupling of ultra-intense laser and plasma is of very great concern to efficient particle acceleration and radiation driven by ultraintense laser pulses, micro-structured target is a most effective method to significantly improve the energy conversion efficiency of the laser. The nonlinear dynamic in the interaction between ultra-intense laser and micro-structured target is investigated theoretically and by using particle-in-cell simulations. We will obtain the quantitative description among the energy absorption of the laser, excitation of surface plasma wave and generation of hot electrons and energetic ions, and discuss the effect of the modulated period of the micro-structure targets on the ion acceleration. Besides, the theoretical model of plasma waveguide electron acceleration will be built for the optimized parametric design of the micro-channel to enhance the ionic energy and X-ray radiation, which is useful for the experiments in future.
超强激光与等离子体的能量耦合对超强激光驱动高效的粒子加速及其辐射至关重要。本项目针对超强超短激光与微结构靶相互作用的非线性动力学过程以及在粒子加速和高亮辐射中的应用开展了细致研究。首先,完善了课题组粒子模拟程序功能,添加了场致电离模块,使其能够模拟原子在强激光场中的电离过程。其次,开展了一系列针对性研究,研究表明:1)对于不满足表面等离子体波共振条件的光栅靶,光栅间的局域纵向电场与激光场可以对电子进行协同加速,电子温度大幅提升,这是提升激光与靶之间的能量耦合效率以及增强质子加速的直接原因。2)等离子体波导可以作为模式转换器将普通高斯激光的电磁模非线性地转换为波导内的横磁模,从而获得了具有极强纵向电场的相对论高阶模激光脉冲,且适用于不同的激光强度、偏振态和入射角。3)等离子体波导可成功用于超强激光脉冲驱动的离子加速以及正电子和中子产生中,能够大幅提升将离子截止能量和能量转换效率以及正电子和中子产额。4)发现了由于超强拉盖尔-高斯激光具有中空的电场强度分布和螺旋的等相位面,与微结构纳米丝靶的相互作用会从丝壁上拉出高密度且具有一个激光波长间隔的阿秒电子串,这些电子串在横向和纵向上同时被锁相而被激光纵向场持续加速,最终获得具有低发散角和大电荷量的高品质电子束。这些电子束在传输至靶后还可诱导环形加速电场进而获得环形离子束。此外,我们还取得了一系列关于关于近临界密度等离子体中的离子加速、啁啾脉冲驱动的激光尾波离化注入、可控电子注入和X射线辐射等方面的研究成果。本项目的研究对于超强超短激光驱动高效粒子加速和新型辐射的相关理论和实验研究能够提供重要参考。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
登录
查看更多内容
Beam quality improvement of ionization injected electrons by using chirped pulse in wakefield acceleration
在尾场加速中使用啁啾脉冲改善电离注入电子的束流质量
DOI:
10.1088/1361-6587/ab249e
发表时间:
2019
期刊:
Plasma Physics and Controlled Fusion
影响因子:
2.2
作者:
[Cui Ye, Zhang Guo-Bo, Ma Yan-Yun, Zou De-Bin, Yang Xiao-Hu, Chen Min, Liu Jian-Xun, Ge Zhe-Yi, Tian Li-Chao, Gan Long-Fei, Shao Fu-Qiu]
通讯作者:
Shao Fu-Qiu
Generation of energetic ring-shaped ion beam from relativistic Laguerre-Gaussian laser pulse interacting with micro-structure targets
从相对论拉盖尔-高斯激光脉冲与微结构目标相互作用产生高能环形离子束
DOI:
10.1063/1.5132357
发表时间:
2020
期刊:
Physics of Plasmas
影响因子:
2.2
作者:
[Zhang H., Zhang G. B., Zou D. B., Hu L. X., Zhou H. Y., Wang W. Q., Xu X. R., Liu K., Yin Y., Zhuo H. B., Shao F. Q., Yu T. P.]
通讯作者:
Yu T. P.
Dynamics of the interaction of relativistic Laguerre-Gaussian laser pulses with a wire target
相对论拉盖尔-高斯激光脉冲与线目标相互作用的动力学
DOI:
10.1088/1361-6587/aaefb6
发表时间:
2019
期刊:
Plasma Physics and Controlled Fusion
影响因子:
2.2
作者:
[Hu Li Xiang, Yu Tong Pu, Lu Yu, Zhang Guo Bo, Zou De Bin, Zhang Hao, Ge Zhe Yi, Yin Yan, Shao Fu Qiu]
通讯作者:
Shao Fu Qiu
Attosecond electron bunches from a nanofiber driven by Laguerre-Gaussian laser pulses.
由拉盖尔-高斯激光脉冲驱动的纳米纤维产生的阿秒电子束
DOI:
10.1038/s41598-018-25421-9
发表时间:
2018-05-08
期刊:
Scientific reports
影响因子:
4.6
作者:
[Hu LX, Yu TP, Sheng ZM, Vieira J, Zou DB, Yin Y, McKenna P, Shao FQ]
通讯作者:
Shao FQ
DOI:
10.1016/j.hedp.2019.06.003
发表时间:
2019-07
期刊:
High Energy Density Physics
影响因子:
1.6
作者:
[Wang W Q, Yin Y, Zou D B, Yu T P, Xu H, Shao F Q]
通讯作者:
Shao F Q
共 14 条
强激光驱动脉冲中子源研究
-
批准号:--
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:0.0万元
-
批准年份:2026
-
负责人:邹德滨
-
依托单位:
基于微结构等离子体的激光粒子加速与辐射
-
批准号:2022JJ20042
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:0.0万元
-
批准年份:2022
-
负责人:邹德滨
-
依托单位:
基于拍瓦激光与尘埃等离子体相互作用的重离子加速研究
-
批准号:--
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:60万元
-
批准年份:2021
-
负责人:邹德滨
-
依托单位:
国内基金
海外基金