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激光加速器中的靶科学与技术 被引量:1
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作者 马文君 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1047-1053,共7页
激光加速器通过激光打靶产生高能带电粒子,是一种极具潜力的新型加速器.与“靶”相关的科学与技术,对激光加速器性能的提升、设备的实用化与普及起着至关重要的作用.本文概述靶科学与技术对激光加速器的重要意义,探讨其中的关键问题,着... 激光加速器通过激光打靶产生高能带电粒子,是一种极具潜力的新型加速器.与“靶”相关的科学与技术,对激光加速器性能的提升、设备的实用化与普及起着至关重要的作用.本文概述靶科学与技术对激光加速器的重要意义,探讨其中的关键问题,着重介绍北京大学重离子物理研究所研究团队在相关领域取得的进展.通过与纳米科技结合,我们创立发展了碳纳米管靶体系,成功解决了临界密度靶难题;设计并构建双层纳米靶,实现了重离子级联加速过程,解决了短脉冲激光加速重离子/超重离子时高效电离与长时间加速难以兼得的瓶颈问题,创纪录地获得了580 MeV碳离子与1.2 GeV金离子;攻克了高品质靶材批量制备、靶材损伤阈值测控、高精度瞄靶、重频打靶等关键技术,有力推动了激光离子加速器实用化进程. 展开更多
关键词 粒子加速器 激光加速器 激光等离子体加速 靶科学与技术
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人类能将粒子加速到多高能量?
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作者 陈民 盛政明 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期116-117,共2页
高能粒子是探索物质微观结构,揭开有关宇宙结构和演化的最强有力工具.但受限于加速器的加速场强和尺度,人类能将粒子加速到最高多少能量还不得而知.最近一系列的新颖加速技术,如等离子体加速、激光加速,将有可能大幅提升加速粒子的能量... 高能粒子是探索物质微观结构,揭开有关宇宙结构和演化的最强有力工具.但受限于加速器的加速场强和尺度,人类能将粒子加速到最高多少能量还不得而知.最近一系列的新颖加速技术,如等离子体加速、激光加速,将有可能大幅提升加速粒子的能量,为人类探索自然提供更强有力的手段. 展开更多
关键词 物质结构 新型加速器 激光加速 等离子体加速
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利用2TW激光器产生具有超小归一化发散角的准单能电子束团的实验和模拟研究
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作者 李大章 高杰 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第B10期548-551,共4页
利用2TW、80fs激光脉冲和等离子体相互作用,产生了能量为(23.0±0.8)MeV、电量为6pC的准单能电子束。该电子束的归一化发散角只有92mrad,较之前激光等离子体加速领域所获得的实验结果至少小了5倍以上。二维数值模拟结果显示,此结果... 利用2TW、80fs激光脉冲和等离子体相互作用,产生了能量为(23.0±0.8)MeV、电量为6pC的准单能电子束。该电子束的归一化发散角只有92mrad,较之前激光等离子体加速领域所获得的实验结果至少小了5倍以上。二维数值模拟结果显示,此结果的产生归功于加速机制上从自调制激光尾场加速向激光尾场加速的平稳过渡。 展开更多
关键词 激光等离子体加速 粒子模拟 高品质电子束
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一种新型质子治疗剂量递送系统的设计研究及模拟验证
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作者 常城 王若曦 +3 位作者 杜乙 岳海振 吴昊 张艺宝 《中国医学物理学杂志》 CSCD 2019年第7期745-750,共6页
目的:针对激光等离子体加速的质子束流特性,设计用于剂量递送的新型紧凑治疗头系统,并通过模拟计算验证该方法的有效性与适用性。方法:基于实验上已实现的激光质子束流参数,利用散射体设计软件NEU(Nozzles withEverything Upstream)进... 目的:针对激光等离子体加速的质子束流特性,设计用于剂量递送的新型紧凑治疗头系统,并通过模拟计算验证该方法的有效性与适用性。方法:基于实验上已实现的激光质子束流参数,利用散射体设计软件NEU(Nozzles withEverything Upstream)进行流线型散射体设计。通过散角选择和能散调制进一步优化剂量递送效率,并利用蒙特卡罗模拟计算软件TOPAS(TOol for PArticle Simulation)及底层的Geant4(GEometry ANd Tracking)计算引擎分析并验证激光质子通过此剂量递送方法后水模体中的剂量分布。结果:在直径6cm、高5cm的圆柱形靶区内,深度剂量分布平坦度在±1%以内,横向剂量分布在±3%以内。结论:此剂量递送方法及系统适用于现阶段激光质子束流特性,水模体靶区内剂量递送均匀、高效且稳定。 展开更多
关键词 激光等离子体加速 质子治疗 治疗头系统 流线型散射体 蒙特卡罗模拟
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Theory of light sail acceleration by intense lasers:an overview
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作者 Andrea Macchi 《High Power Laser Science and Engineering》 SCIE CAS 2014年第2期1-6,共6页
A short overview of the theory of acceleration of thin foils driven by the radiation pressure of superintense lasers is presented. A simple criterion for radiation pressure dominance at intensities around 5×1020W... A short overview of the theory of acceleration of thin foils driven by the radiation pressure of superintense lasers is presented. A simple criterion for radiation pressure dominance at intensities around 5×1020W cm-2is given, and the possibility for fast energy gain in the relativistic regime is discussed. 展开更多
关键词 LIGHT SAIL radiation pressure laserplasma acceleration of ELECTRONS and IONS laser-DRIVEN acceleration
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Generation of high-quality electron beams by ionization injection in a single acceleration stage 被引量:1
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作者 Nasr A.M.Hafz Song Li +3 位作者 Guangyu Li Mohammad Mirzaie Ming Zeng Jie Zhang 《High Power Laser Science and Engineering》 SCIE CAS CSCD 2016年第3期39-45,共7页
Ionization-induced electron injection in laser wakefield accelerators, which was recently proposed to lower the laser intensity threshold for electron trapping into the wake wave, has the drawback of generating electr... Ionization-induced electron injection in laser wakefield accelerators, which was recently proposed to lower the laser intensity threshold for electron trapping into the wake wave, has the drawback of generating electron beams with large and continuous energy spreads, severely limiting their future applications. Complex target designs based on separating the electron trapping and acceleration stages were proposed as the only way for getting small energy-spread electron beams. Here, based on the self-truncated ionization-injection concept which requires the use of unmatched laser–plasma parameters and by using tens of TW laser pulses focused onto a gas jet of helium mixed with low concentrations of nitrogen, we demonstrate single-stage laser wakefield acceleration of multi-hundred MeV electron bunches with energy spreads of a few percent. The experimental results are verified by PIC simulations. 展开更多
关键词 ionization injection laserplasma acceleration PIC simulations self-truncation WAKEFIELD
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电子、正电子、离子等离子体尾场中被加速正电子的研究(英文)
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作者 艾孜买提.外力 沙依甫加马力.达吾来提 +2 位作者 买买提艾力.巴克 桑海波 谢柏松 《新疆大学学报(自然科学版)》 CAS 2014年第2期194-198,共5页
为了研究在激光驱动的等离子体尾场中被加速正电子的动力学,使用了由电子、正电子、离子组成的等离子体,通过采用数值模拟方法得到了非对称脉冲驱动的尾波场中被加速的正电子的运动相图、动能变化,势能.数据结果表明:非对称激光脉冲驱... 为了研究在激光驱动的等离子体尾场中被加速正电子的动力学,使用了由电子、正电子、离子组成的等离子体,通过采用数值模拟方法得到了非对称脉冲驱动的尾波场中被加速的正电子的运动相图、动能变化,势能.数据结果表明:非对称激光脉冲驱动尾场中正电子得到很高的能量.提高等离子体中的正电子比例会使电子和正电子的加速效果减弱.在非对称激光脉冲驱动的激光尾场中,为了有效地加速正电子,要选择恰当的上升激光脉冲长度和下降激光脉冲长度. 展开更多
关键词 等离子体尾场中被加速正电子 哈密顿力学 等离子体中正电子比例 正电子
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面向激光等离子体尾波加速的毛细管放电实验研究 被引量:2
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作者 祝昕哲 李博原 +9 位作者 刘峰 李建龙 毕择武 鲁林 远晓辉 闫文超 陈民 陈黎明 盛政明 张杰 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期205-214,共10页
具有合适径向密度分布的等离子体通道可以用于超短超强激光导引,这使得等离子体通道在激光尾波加速中有着重要的应用.本文介绍了在上海交通大学激光等离子体实验室开展的毛细管放电和光导引实验.通过光谱展宽法测量了充氦气的放电毛细... 具有合适径向密度分布的等离子体通道可以用于超短超强激光导引,这使得等离子体通道在激光尾波加速中有着重要的应用.本文介绍了在上海交通大学激光等离子体实验室开展的毛细管放电和光导引实验.通过光谱展宽法测量了充氦气的放电毛细管中的等离子体密度分布,在长度为3 cm、内径为300μm的毛细管中实现了轴向均匀,径向呈抛物线型的等离子体密度分布.通过改变放电延时和喷气时长,确定和优化了产生等离子体通道的参数区间,得到的最大通道深度为28μm,与实验中使用的激光焦斑半径匹配.在此基础之上,开展了不同能量的激光脉冲在放电等离子体通道中的导引研究,结果发现当通道深度与焦斑半径匹配时,激光可以不散焦地在通道中传输,实现激光导引.这项研究为未来的激光尾波级联加速和锁相加速等研究奠定了基础. 展开更多
关键词 激光等离子体相互作用 激光等离子体尾波加速 等离子体波导
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超强激光脉冲下等离子体块的整体加速研究 被引量:2
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作者 宋千林 王加祥 +2 位作者 袁韬 李猛 徐艳霞 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期267-270,共4页
为了克服激光加速中强流离子束空间电荷效应对粒子输运的影响,提出一种利用两块不同密度的固体靶先后和一束强度约为1022 W/cm2、脉冲长度为5T(T为激光周期)的超强脉冲激光相互作用的方案,实现了中性等离子体块的加速。通过一维PIC数值... 为了克服激光加速中强流离子束空间电荷效应对粒子输运的影响,提出一种利用两块不同密度的固体靶先后和一束强度约为1022 W/cm2、脉冲长度为5T(T为激光周期)的超强脉冲激光相互作用的方案,实现了中性等离子体块的加速。通过一维PIC数值模拟研究发现,在合适的参数下,加速后的电子与质子几乎以相同的速度共同飞行长达60λ(λ为激光波长)的距离,其中质子与电子的能量分别为GeV和100MeV量级。 展开更多
关键词 PIC模拟 强激光等离子体相互作用 等离子体块加速 强激光
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Monoenergetic electron parameters in a spheroid bubble model
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作者 H.Sattarian Sh.Rahmatallahpur T.Tohidi 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第2期347-351,共5页
A reliable analytical expression for the potential of plasma waves with phase velocities near the speed of light is derived.The presented spheroid cavity model is more consistent than the previous spherical and ellips... A reliable analytical expression for the potential of plasma waves with phase velocities near the speed of light is derived.The presented spheroid cavity model is more consistent than the previous spherical and ellipsoidal models and it explains the mono-energetic electron trajectory more accurately,especially at the relativistic region.The maximum energy of electrons is calculated and it is shown that the maximum energy of the spheroid model is less than that of the spherical model.The electron energy spectrum is also calculated and it is found that the energy distribution ratio of electrons △E/E for the spheroid model under the conditions reported here is half that of the spherical model and it is in good agreement with the experimental value in the same conditions.As a result,the quasi-mono-energetic electron output beam interacting with the laser plasma can be more appropriately described with this model. 展开更多
关键词 quasi-mono-energetic electron bunches intense laser plasma accelerator laser wake field bubble regime
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锐真空-等离子体边界倾角对激光尾波场加速中电子注入的影响 被引量:1
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作者 祝昕哲 刘维媛 陈民 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期206-214,共9页
超短超强激光脉冲在气体等离子体中激发的尾波场加速在过去40年里有了长足的发展,人们已经在厘米加速距离内获得了数GeV的准单能电子加速,激光尾波加速的最高电子能量已经达到8 GeV.为了进一步提升加速电子束的稳定性和品质,多种电子注... 超短超强激光脉冲在气体等离子体中激发的尾波场加速在过去40年里有了长足的发展,人们已经在厘米加速距离内获得了数GeV的准单能电子加速,激光尾波加速的最高电子能量已经达到8 GeV.为了进一步提升加速电子束的稳定性和品质,多种电子注入方式先后被提出.本文研究了基于锐真空-等离子体边界面的密度跃变注入,着重讨论了不同角度的倾斜边界面对注入电子品质的影响.二维粒子模拟研究表明,与倾角为0°的垂直边界面相比,在合适的倾斜边界角下,第二个尾波空泡内产生的注入电量可以有近三倍的提升,同时偏振方向与入射面平行的驱动激光可以增加第一个空泡内注入电子的电量.根据不同激光入射角度时尾波场中电子自注入的起始位置差异,分析了电子电量与横向振荡增强的原因.这些研究有利于提升基于Betatron运动的尾波场辐射及其应用. 展开更多
关键词 激光等离子体相互作用 激光等离子体尾波加速 电子注入
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Observation of optical transition radiation from electron beams generated by laser plasma accelerator
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作者 林晨 K.Nakamura +5 位作者 J.Van Tilborg A.J.Gonsalves T.Sokollik S.Shiraishi W.P.Leemans 郭之虞 《Chinese Physics C》 SCIE CAS CSCD 2013年第2期80-84,共5页
Laser plasma accelerators (LPAs) have made great progress, achieving electron beam with energy up to 1 GeV from a centimeter scale capillary plasma waveguide. Here, we report the measurement of optical transition ra... Laser plasma accelerators (LPAs) have made great progress, achieving electron beam with energy up to 1 GeV from a centimeter scale capillary plasma waveguide. Here, we report the measurement of optical transition radiation (OTR) from the capillary-based LPA electron beams. Transition radiation images, produced by electrons passing through two separate foils (located at 2.3 m and 3.8 m away from the exit of the LPA) were recorded with a high resolution imaging system, respectively. Two magnetic quadrupole lenses were placed right after the capillary to focus and collimate the electron beams. Significant localized spikes appeared in the OTR images when the electron beam was focused by the magnetic quadrupole lenses, indicating the coherence of the radiation and the existence of ultrashort longitudinal structures inside the electron beam. 展开更多
关键词 laser plasma accelerator optical transition radiation
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中国粒子加速器的发展现状和趋势 被引量:1
13
作者 唐靖宇 周路平 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1735-1746,共12页
我国的粒子加速器近20年来发展迅速,在加速器不同的类型、规模和应用方向上全面向世界先进水平靠近。本文以几个主要加速器研究或应用方向如先进光源、强流质子-重离子加速器、粒子对撞机、民生应用型加速器为主线,介绍其中几台典型装... 我国的粒子加速器近20年来发展迅速,在加速器不同的类型、规模和应用方向上全面向世界先进水平靠近。本文以几个主要加速器研究或应用方向如先进光源、强流质子-重离子加速器、粒子对撞机、民生应用型加速器为主线,介绍其中几台典型装置的建设和发展,以及它们在国际上的地位和在相应学科研究中所发挥的作用。同时,也介绍我国在加速器物理和技术方面的快速进步,这些进步不仅对已经建造和正在建造的大型加速器装置是个极为重要的支持,也是加速器学科的自身发展,并为未来更先进的加速器装置的发展提供了可能性。本文对我国未来若干年的加速器事业发展作了展望,期望我国的加速器在10年后将全面处于国际先进水平,同时也对我国在激光等离子体尾场加速领域近些年来的飞速发展作一个简单评述。 展开更多
关键词 粒子加速器 先进光源 强流强子加速器 粒子对撞机 激光尾场加速
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激光等离子体加速电子与固体靶相互作用产生相对论正电子的模拟计算
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作者 唐甜 罗文 +3 位作者 周剑良 宋英明 朱志超 马燕云 《南华大学学报(自然科学版)》 2015年第2期14-19,共6页
通过理论分析,建立了激光等离子体加速电子与固体靶相互作用产生相对论正电子的物理模型,以及Geant4模拟程序.以100 Me V量级的激光等离子体加速电子束参数为输入,模拟研究了不同靶材和靶厚条件下正电子束的产额、能量、角分布等主要物... 通过理论分析,建立了激光等离子体加速电子与固体靶相互作用产生相对论正电子的物理模型,以及Geant4模拟程序.以100 Me V量级的激光等离子体加速电子束参数为输入,模拟研究了不同靶材和靶厚条件下正电子束的产额、能量、角分布等主要物理参数.结果表明:金靶和钽靶是较优秀的电子—正电子转换靶材;对于相同的金属靶材面密度,正电子产额与原子序数Z的四次方成正比,与原子质量数A的平方成反比,即Ne+∝(Z2/A)2;对于不同的靶材,正电子产额有Ne+∝d2,其中d为靶材厚度,但仍存在一个最佳靶厚度.与利用拍瓦、皮秒激光束与固体靶相互作用产生正电子束的方案相比,利用本方案有望获得更高能量以及更小角发散的相对论正电子束,其流强可达107/shot. 展开更多
关键词 激光等离子体加速电子 相对论正电子 金属靶材 Geant4模拟程序
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亚皮秒太瓦脉冲激光与物质相互作用研究进展 被引量:1
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作者 王柳水 孟绍贤 林尊琪 《物理》 CAS 1997年第4期208-213,共6页
当前亚皮秒太瓦超短脉冲激光技术的发展为激光与物质相互作用领域提供了许多激动人心的研究机会:从激光与单个原子的相互作用到激光等离子体中的集体效应,如原子的高度离化、X射线激光、等离子体波导、等离子体粒子加速器、快速点火... 当前亚皮秒太瓦超短脉冲激光技术的发展为激光与物质相互作用领域提供了许多激动人心的研究机会:从激光与单个原子的相互作用到激光等离子体中的集体效应,如原子的高度离化、X射线激光、等离子体波导、等离子体粒子加速器、快速点火方案等等. 展开更多
关键词 激光等离子体 X射线激光 等离子体波导
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