特殊構(gòu)型靶對激光質(zhì)子加速特性的影響.pdf

1、近年來，超強超短激光脈沖與固體靶相互作用產(chǎn)生的高能質(zhì)子和離子的研究在實驗和理論上都取得了長足的進步。激光加速出來的質(zhì)子束具有高能量、短脈沖、高流強、低發(fā)散度和良好的方向性等特點，這種質(zhì)子束可以被廣泛的應(yīng)用于諸如高亮度離子源、緊湊型的高能加速器離子注入、癌癥治療、質(zhì)子成像，溫稠密物質(zhì)生成和快點火等研究領(lǐng)域。在激光質(zhì)子加速實驗中，質(zhì)子束的發(fā)散角以及產(chǎn)額隨著激光和靶的不同會有較大的差異，而且發(fā)散角較大，而要將激光加速的質(zhì)子用于實際的應(yīng)用中必須

2、對其發(fā)散角進行控制并提高激光-質(zhì)子的能量轉(zhuǎn)換效率。本文主要通過PIC模擬和實驗對控制質(zhì)子束的發(fā)散角及提高質(zhì)子束的產(chǎn)額進行了重點的研究。
　　本論文第一部分簡要的介紹了強場物理和超短超強激光脈沖與等離子體相互作用中高能質(zhì)子產(chǎn)生的理論和研究進展。接下來，對激光與物質(zhì)相互作用中的能量吸收機制以及質(zhì)子加速機制進行了詳細的介紹。在本文的第二部分對PIC數(shù)值模擬的理論和算法進行了簡要的介紹。最后，本文分別對質(zhì)子束發(fā)散角的控制和質(zhì)子產(chǎn)額的提高進

3、行了實驗和模擬研究。
　　本文的實驗是在中國工程物理研究院激光聚變研究中心的超強超短激光裝置—SILEX-I上進行的。通過測量CR39上的質(zhì)子徑跡來獲得質(zhì)子束的發(fā)散全角。首先設(shè)計了圓筒型的靶形并使用PIC模擬程序?qū)A筒靶質(zhì)子加速的過程進行了研究，模擬結(jié)果表明圓筒靶內(nèi)部的鞘層電場可以有效的聚焦圓筒靶端面發(fā)射的質(zhì)子束。接下來開展了實驗驗證，在SILEX飛秒激光裝置上，采用超短超強激光與不同長徑比的圓筒靶獲得了發(fā)散角遠小于平面靶的質(zhì)子束

4、。結(jié)果表明采用圓筒靶可以使靶背向發(fā)射的質(zhì)子束的發(fā)散角相對于普通的平面靶減小約2/3，這個結(jié)果很好的驗證了模擬中的結(jié)論。此外，我們比對了不同長度的圓筒靶質(zhì)子束發(fā)散角特性，結(jié)果表明在圓筒靶的筒長為983μm，1983μm和2983μm的情況下，質(zhì)子束的發(fā)散角逐漸減小，考慮到圓筒的幾何約束的影響我們推斷圓筒結(jié)構(gòu)靶型對于質(zhì)子束發(fā)散角的控制存在一個最優(yōu)長度。
　　本文的最后部分介紹了激光-質(zhì)子能量轉(zhuǎn)換效率的PIC模擬和實驗研究，PIC模擬結(jié)