基于激光等离子体尾波场的电子加速与辐射研究

发布时间：2021-09-04 14:38

　　粒子加速器的出现是人类科学发展史上的里程碑,粒子加速器的发展也一直代表着人类探索物理本质的最前沿。然而目前传统加速器和基于传统加速器的同步辐射装置的发展却越来越难以跟上人类科学研究的快速步伐。近年来,激光技术的发展,尤其是超短超强激光技术的进步,推动了现代物理学中高能量密度物理领域的不断发展。人们在超短超强激光与等离子体相互作用中发现了新型的粒子加速原理:激光尾波场加速。相比于传统加速器,激光尾波场中的电子加速梯度可以高出3个数量级,能够将当前动辄长达数公里的大型传统加速器缩小到台面尺度,有望成为下一代TeV量级加速器的备选方案;也具备将需要利用高能电子的传统同步辐射装置小型化和实用化的潜力。然而基于激光尾波场加速产生的高能电子和辐射相比目前已经成熟的传统加速器和辐射源还有一定的缺点,有待科研人员的进一步深入研究。本文中,我们将就基于激光尾波场的电子加速和辐射产生过程,如电子能量提高、电子注入方式、辐射产生方案等问题给出自己的看法,希望将激光尾波场加速推向实用。本学位论文除绪论外主要包含以下两方面工作:第一部分主要研究激光等离子体尾波场中的电子加速过程。首先,我们将提出一种新的激光尾波... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

–1超短超强激光及其推动的物理学的发展

冲的有质动力会将背景等离子体电子完全排开，在激光脉冲后形成一个厚度与等离子体趋肤深度 相当的球形鞘层，球体内部仅有带正电的离子存在，即为空泡区域的等离子体尾波场，如图1–2所示。随着激光向前传播，部分背景等离子体电子会被该球形空泡捕获并在空泡内被加速，通过 beam loading 效应造成注入截止，最终产生准单能的高能电子束。图 1–2 等离子体尾波场产生和电子注入过程的示意图。图片来自文献 [22]Fig 1–2 Generation of plasma wakefield and injection of electrons.球形空泡的半径 远小于等离子体离子振荡的特征长度 ，其中等离子体离子频率2 201/2，Z 为离子电荷数， 为粒子质量，0为等离子体离子密度。故可以忽略球形空泡中离子的运动。在空泡中电子密度为 0

pξ) trajectories in one-dimensional laser wakefield.图1–3给出了求解方程（1–30）、（1–31）得到的单电子在一维激光尾波场中的运动轨迹，其中实线内的虚线代表能够被注入电子的相空间轨迹，下方虚线和未闭合点线代表无法被注入电子的相空间轨迹，也是初速度接近于 0 的背景等离子体电子的运动轨— 8 —


本文编号：3383452