论文部分内容阅读
近年来,随着激光技术的不断发展,强激光与物质相互作用物理及其相关应用成为人们日益关注的研究热点。人们发现,超强超短激光与固体薄膜靶相互作用能够使离子得到加速,产生的快离子束在很多方面都有着潜在的应用价值,如加速器的离子注入和小型化、核活化及惯性约束核聚变中的快点火、医学治疗及质子成像等。 在几种常用的加速机制中,辐射压力加速(radiation pressure acceleration,RPA)具有有利于定标到较高的激光强度、能量转化效率高、离子的加速距离长及离子的单能性好等优点。因此,目前,超强圆偏振激光与超薄固体靶相互作用中的辐射压力加速被认为是产生高性能离子束非常有效的加速机制之一。 本文在辐射压力加速机制的双层靶模型中引入了一个重要的物理量——离子的荷质比,通过对该模型进行合理简化,研究了离子的荷质比对辐射压力加速机制中高能离子束加速效果的影响。主要工作如下: 1.通过数值模拟或解析分析不同情况下荷质比不同的离子的有效电势(即惯性势和静电势的叠加势),发现无论是经过相同的加速时间还是经过相同的加速距离,荷质比越大的离子,有效电势的势阱深度越深,势阱宽度越宽。 2.从离子的相对论运动方程出发,推导了位于等离子体镜附近的离子能量与荷质比之间的关系,发现当等离子体镜的运动速度与离子电势都相同时,荷质比越大的离子加速后得到的能量越高。继而,模拟了位于离子层中的离子加速相图与离子荷质比的关系,结果表明,在相同加速周期以及相同初始能量条件下,荷质比越大的离子,虽然加速获得的能量越大,但其能散度也越大。 本文主要分五章。第一章为绪论,简要介绍了激光与等离子体相互作用的一些基本知识。第二章详细地介绍了辐射压力机制中的双层靶模型。第三章在双层靶模型中引入了离子的荷质比,并对其进行了合理的简化,研究了荷质比与有效电势之间的关系。在第四章中,讨论了离子荷质比对加速离子束单能性和能散度的影响。第五章为结论部分。