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低能粒子加速器在低能粒子加速器要求设计紧凑、低能高效,使用电磁波加速带电粒子能够满足上述要求。本论文对利用圆极化电磁波加速带电粒子的机制进行了研究,为了表述的方便,以电子作为带电粒子的代表,不影响加速方案的描述和分析。论文主要内容如下: 一、将已有的两种加速方案(方案1:介质折射率逐渐减小且外加磁场保持恒定,方案2:外加磁场逐渐增强且介质折射率保持不变)有机结合在一起,提出一种新的加速方案:电子在圆极化电磁波(CPEMW)作用下通过介质折射率逐渐减小的等离子体介质,同时在外加磁场约束下加速。 二、理论模拟结果表明:新方案的加速效果明显优于方案1或2单独作用时的效果,与此同时,能够有效避免二者的缺陷,比如电子的回旋半径在洛伦兹力的作用下得到有效控制,不会像方案(1)中单调增加;通过调整外加磁场的变化,电子在加速过程中能有效避免如方案(2)中的电子回飞现象。使用电场强度分量为1.20×108V/m的圆极化电磁波,选择合适的介质折射率变化和外加磁场变化参数,电子沿着电磁波的传播方向运动到0.1m处,其相对论因子可以达到25.75,高于同等情况下方案(1)的18.87和方案(2)的20.86。除此之外,我们还分析了当电子注入电磁波中时,电子速度不稳定以及小角度入射时对加速效果的影响,得到非常理想的结果。 三、建立一种比较容易实现的加速模型,研究了类表面等离激元(SSP)的电磁波在一个有周期性线槽结构的金属表面传播时,通过控制线槽结构来调节SSP的相速度,使之与电子的运动速度相匹配从而达到持续有效加速。 希望我们的研究能对低能粒子加速器的设计提供一定的理论指导。