特殊構(gòu)型靶對(duì)激光質(zhì)子加速特性的影響.pdf

1、近年來(lái)，超強(qiáng)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(shí)驗(yàn)和理論上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。激光加速出來(lái)的質(zhì)子束具有高能量、短脈沖、高流強(qiáng)、低發(fā)散度和良好的方向性等特點(diǎn)，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(diǎn)火等研究領(lǐng)域。在激光質(zhì)子加速實(shí)驗(yàn)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(huì)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(shí)際的應(yīng)用中必須

2、對(duì)其發(fā)散角進(jìn)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(guò)PIC模擬和實(shí)驗(yàn)對(duì)控制質(zhì)子束的發(fā)散角及提高質(zhì)子束的產(chǎn)額進(jìn)行了重點(diǎn)的研究。
　　本論文第一部分簡(jiǎn)要的介紹了強(qiáng)場(chǎng)物理和超短超強(qiáng)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(jìn)展。接下來(lái)，對(duì)激光與物質(zhì)相互作用中的能量吸收機(jī)制以及質(zhì)子加速機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。在本文的第二部分對(duì)PIC數(shù)值模擬的理論和算法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。最后，本文分別對(duì)質(zhì)子束發(fā)散角的控制和質(zhì)子產(chǎn)額的提高進(jìn)

3、行了實(shí)驗(yàn)和模擬研究。
　　本文的實(shí)驗(yàn)是在中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心的超強(qiáng)超短激光裝置—SILEX-I上進(jìn)行的。通過(guò)測(cè)量CR39上的質(zhì)子徑跡來(lái)獲得質(zhì)子束的發(fā)散全角。首先設(shè)計(jì)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(guò)程進(jìn)行了研究，模擬結(jié)果表明圓筒靶內(nèi)部的鞘層電場(chǎng)可以有效的聚焦圓筒靶端面發(fā)射的質(zhì)子束。接下來(lái)開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在SILEX飛秒激光裝置上，采用超短超強(qiáng)激光與不同長(zhǎng)徑比的圓筒靶獲得了發(fā)散角遠(yuǎn)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(duì)于普通的平面靶減小約2/3，這個(gè)結(jié)果很好的驗(yàn)證了模擬中的結(jié)論。此外，我們比對(duì)了不同長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)于質(zhì)子束發(fā)散角的控制存在一個(gè)最優(yōu)長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)研究，PIC模擬結(jié)