超热电子束在高密度等离子体中的准直传输及其发散角诊断研究
结题报告
批准号:
11305264
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
29.0 万元
负责人:
杨晓虎
学科分类:
A2905.惯性约束等离子体
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
马燕云、欧阳建明、余同普、甘龙飞、邹德滨、葛哲屹、赵娜、张国博
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中文摘要
超热电子在高密度等离子体中的准直传输及其发散角诊断是惯性约束聚变"快点火"的重要研究内容,是决定"快点火"能否实现的关键。本项目拟针对"快点火"的现实需求,采用含碰撞的PIC程序和PIC/Fluid混合模拟程序,结合理论分析,研究超热电子在高密度等离子体中的输运过程。研究内容包括在现有PIC程序中实现Sentoku的带电粒子碰撞算法以及高阶粒子云和电磁场的插值算法、研究高密度等离子体中影响超热电子准直传输的各种相关因素并探索提高超热电子准直传输的方案,研究目前实验中诊断超热电子束的发散角时存在的问题并设计合理的实验方案,提高超热电子束诊断的准确性,为"快点火"的实验设计提供理论参考和技术支持。
英文摘要
Collimated propagation and divergence measurements of fast-electron beams in high-density plasmas are crucial to the Fast Ignition (FI) scheme for inertial confinement fusion. Considering the realistic requirements of FI, the transport of the fast-electron beams in high-density plasmas would be studied by using Particle-in-Cell (PIC) simulations that includes the collisional model of the charged particles and PIC/Fluid hybrid simulations. The collisionl algorithm of the charged particles proposed by Sentoku and high-order interpolation methods for particles and electromagnetic fields would be added in our PIC code firstly. Then we are going to study the relevant factors that affect the fast-electron collilated propagation in the high-density plasmas and explore some new schemes to enhance the collimated propagation of the fast-electron beams. The diagnostic limitation of fast-electron divergence in recent experiments would also be studied. The aim is that to design some schemes to improve the fast-electron measurements and understand the fast-electron divergence exactly in experiments. The results should be useful in the design of future FI experiments.
超热电子在高密度等离子体中的传输及其发散角诊断是惯性约束聚变“快点火”的重要研究内容。本项目针对超热电子在高密度等离子体中的传输及其发散角诊断和影响因素等物理问题开展了细致研究。首先,完善了课题组粒子模拟程序功能,包括实现了带电粒子碰撞算法、高阶粒子云和电磁场的插值算法等功能。其次,基于改进版本程序开展了一系列针对性研究,研究表明:实验中利用Kα X射线方法诊断超热电子发散角时,由于诊断层和靶间存在电阻率梯度,在交界面上会产生很强自生磁场,可以磁化超热电子,引起后者的横向传输,导致实验中诊断到的超热电子发散角偏大;超热电子在固体靶密度等离子体中传输时,粒子间碰撞效应会促使成丝不稳定性的持续增长,进而使超热电子发散角大于无碰撞等离子体中的发散角;左旋圆偏振激光在强磁化等离子体中传输时存在截止密度,而右旋圆偏振激光在其中传输时则不会被截止,会持续往里传输,并通过激发的扰动波来有效的加热电子;建立了关于超短超强激光与过稠密等离子体相互作用中激光能量吸收的理论模型,能自洽的包含电子密度压缩和电子表面的振荡效应的影响。此外,我们还取得了一系列关于离子加速及其能量沉积、激光-X射线能量转换、超强激光驱动的正电子产生等方面的研究成果。本项目的研究结果将会对超热电子在惯性约束聚变“快点火”等应用领域的研究提供理论指导和借鉴。
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
Enhancement of laser to x-ray conversion by a double-foil gold target
通过双箔金靶增强激光到 X 射线的转换
DOI:10.1088/0741-3335/57/7/075011
发表时间:2015
期刊:Plasma Physics and Controlled Fusion
影响因子:2.2
作者:Ge Z. Y.;Ramis R.;Yang X. H.;Yu T. P.;Xu B. B.;Zhao Y.;Zhuo H. B.;Ma Y. Y.;Yu W.;Peng X. J.
通讯作者:Peng X. J.
Enhanced electron injection in laser-driven bubble acceleration by ultra-intense laser irradiating foil-gas targets
通过超强激光照射箔气体靶增强激光驱动气泡加速中的电子注入
DOI:10.1063/1.4927583
发表时间:2015
期刊:Physics of Plasmas
影响因子:2.2
作者:Zhang Guo-Bo;Ma Yan-Yun;Xu Han;Hafz Nasr A. M.;Yang Xiao-Hu;Chen Min;Yu Tong-Pu;Zou De-Bin;Liu Jian-Xun;Yan Jian-Feng;Zhuo Hong-Bin;Gan Long-Fei;Tian Li-Chao;Shao Fu-Qiu;Yin Yan;Kawata S.
通讯作者:Kawata S.
DOI:10.1016/j.hedp.2016.08.003
发表时间:2017-03
期刊:High Energy Density Physics
影响因子:1.6
作者:Y. Zhao;Z. Ge;Y. Ma;X. Yang;B. B. Xu-B.;R. Ramis
通讯作者:Y. Zhao;Z. Ge;Y. Ma;X. Yang;B. B. Xu-B.;R. Ramis
DOI:10.1088/0256-307x/31/11/115201
发表时间:2014-11
期刊:Chinese Physics Letters
影响因子:3.5
作者:郁明阳;马燕云;卓红斌;邵福球
通讯作者:邵福球
Effects of filamentation instability on the divergence of relativistic electrons driven by ultraintense laser pulses
丝状不稳定性对超强激光脉冲驱动的相对论电子发散的影响
DOI:10.1063/1.4966205
发表时间:2016-10
期刊:Physics of Plasmas
影响因子:2.2
作者:Ge, Z. Y.;Shao, F. Q.;Borghesi, M.;Ma, Y. Y.
通讯作者:Ma, Y. Y.
激光聚变靶高效压缩和热流非局域传输研究
强激光与靶相互作用中磁场演化及其对能量沉积影响研究
相对论电子束在温稠密等离子体中的传输与控制
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