博士论文-LWFA电子注入模拟研究与密度探测实验研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 何安 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 高杰 ; 朱雄伟 |
| 关键词 | 激光等离子体尾波场 电子加速 外电子注入 光学注入 等离子体密度探测 干涉相移法 X射线断层扫描 |
| 学位专业 | 粒子物理与原子核物理 |
| 中文摘要 | 激光等离子体尾波场加速器（laser-plasma wakefield accelerator, LWFA）利用等离子体波能够承载加速梯度高达100GV/m加速电场的优点，突破了传统射频加速器中加速梯度小于100MV/m的限制，成为一种极具潜力的台面型加速器。在传统加速器建造成本越来越高、体积越来越大的情况下，等离子体尾波场加速器成为攀登能量前沿的粒子物理学家的希望，同时它在质子治癌、核医学、核聚变、材料科学、结构生物学等各个领域具有广阔的应用前景。激光等离子体尾场加速吸引着越来越多的等离子体物理、激光物理、加速器物理学家。本论文的工作着重从理论模拟上分析激光等离子体电子加速的电子注入问题，从实验上研究激光等离子体电子加速实验中关于毛细管波导里等离子体密度诊断问题。论文主要包括三个部分：; 第一部分（第二章）系统总结了散见于各种前沿文献中关于激光等离子体尾场加速器的基本物理机制、基本概念术语公式以及主要研究方向等。; 第二部份（第三、四章）对LWFA中的外电子注入法和光学注入法进行研究。首先介绍外电子注入法，着重研究了电子束团在激光脉冲之前注入等离子体的外电子注入法：通过理论推导和数值模拟分析了束团在尾场里的纵向动力学；用VORPAL模拟了束团的俘获压缩加速过程，推导了注入束团和俘获束团的电量大小，论述了束团被俘获的时间和俘获后的长度问题；通过模拟发现在一维条件下用该方法能够在长达3-4cm的加速距离内使束团保持良好加速；分析了脉冲强度对加速束团性能的影响，发现中等强度的激光脉冲（ ）比低强度（ ）更有利于对电子俘获加速。然后介绍光学注入法，着重研究碰撞脉冲注入法（CPI）：论述了CPI的基本物理模型，从相空间的角度分析了电子在CPI系统中的运动，阐明了该方法的可行性；用OOPIC模拟了两维条件下CPI中电子的注入俘获加速过程，优化了CPI系统初始参数，用OOPIC模拟证实了束团在尾场中加速时存在横向betatron振荡现象；用VORPAL模拟证实了碰撞拍频场对原等离子体尾场的屏蔽效应；通过理论推导和PIC模拟比较了PP(parallel polarization)和CP (crossed polarization)两种情况下，碰撞场对电子的加热、对尾场的屏蔽以及对电子注入量的影响，证实了两偏振方向互相垂直（CP）的脉冲碰撞也能俘获电子。; 第三部分（第五章）分析了LWFA实验的关键器件——毛细管波导对探针光的散射特征，首次提出了将干涉相移法同X射线断层成像技术相结合探测毛细管等离子体密度的方法；通过各种实验和模拟证明了该方法的可行性；设计了实验探测光路，对关键光学元器件进行了分析、选购，搭建完成了实验用预马赫-曾德干涉光路。 |
| 学科主题 | 粒子物理与原子核物理 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209516]  |
| 专题 | 加速器中心_学位论文和出站报告 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 何安. 博士论文-LWFA电子注入模拟研究与密度探测实验研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：高能物理研究所
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