超强激光驱动高能正负电子束团的理论研究

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激光驱动正负电子束团不仅对正电子的实际应用以及基础研究具有重大的意义,同时可能在国防方面有重要应用。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了正负电子束团的加速,提出了两种抑制横向发散并加速束团的优化方案。主要研究内容如下:第一,研究了利用外加纵向磁场约束正负电子束团,提高束团品质的方案。在单电子动力学模型的基础上,获得了正负电子的最大能量与激光强度、传输距离和磁场强度的定量关系,并利用粒子模拟验证了定标关系的正确性。在外加磁场条件下,正负电子束团运动位置有着极强的自生磁场,通过粒子轨迹证实了外加磁场对粒子运动有很强的束缚作用,从而使得正负电子束团能够始终保持在激光脉冲前沿被加速。模拟结果表明,在激光强度为a(28)3.16,磁场强度为3000T情况下,得到正负电子束团能量近45Me V,远远高于有质动力加速单电子能量阈值。第二,提出了利用金锥靶束缚正负电子束团的方案。当驱动激光在低密度正负电子等离子体中传输时,加速的正负电子会发生空间分离。激光在空心金锥靶内部,会产生极强的自生磁场。自生磁场使得正负电子能够在锥靶内被束缚,保持运动的准直性。同时锥靶对激光有聚焦作用,使得激光强度变大。增强的有质动力推动正负电子束团获得更高能量。金锥内部产生的自生磁场和对激光的聚焦得正负电子被约束且始终处于激光脉冲前沿,能够被激光有质动力持续加速。锥靶的锥角以及正负电子束团的密度会影响激光在锥靶内的传输,对正负电子束的最终能量也有一定的影响。
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