介质加速粒子的相关理论研究

发布时间：2023-10-06 19:15

　　高能物理、自由电子激光、材料科学及医学应用都要求发展紧凑的高梯度加速器。因此新型的紧凑的高梯度加速原理与加速结构是当前国际上的研究热点。其中高性能加速原理之一是激活介质受激辐射粒子加速(PASER),它是将储存在分子或原子内的能量直接用来加速带电粒子。由于它是一个直接的光子到电子的加速过程,所以它不依赖中间介质,也不需要相位匹配。因此它成本低,结构简单、紧凑。 本论文在国际上Levi Schachter等人理论研究的基础上,对PASER的各种加速性能进行了详细的理论分析和数值计算。 论文对介质加速的概念进行了理论分析。首先对单个电子束团在介质中的加速进行了分析,推导了单个电子束团在受激介质中产生的尾场,分别编程计算了我们常用的CO：混合气体受激介质和ArF气体受激介质情况下产生的尾场,并考虑了电离情况,计算结果表明尾场的加速梯度可以达到GV/m的量级,并且在考虑电离情况下,有望达到更高的加速梯度。 然后研究了束团串在受激介质中的加速。因为经过调制后的电子束团串间隔如果等于受激介质发射的光子的谐振波长,那么在受激介质中运动时由于共振的发生会使PASER加速获得更高的能量。国际上理论研究了...

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究意义
    1.2 国内外介质加速的研究现状
    1.3 潘宁阱简介
    1.4 主要研究内容及创新点
第2章 受激辐射粒子加速机制的初步分析
    2.1 受激辐射粒子加速简介
    2.2 运动电荷产生的波
    2.3 受激辐射粒子加速机制的初步分析
    2.4 单个电子束团在介质中的受力分析
        2.4.1 电场梯度的一般公式
        2.4.2 无源介质的切伦科夫辐射
        2.4.3 有耗介质中的欧姆力
        2.4.4 在受激介质中的受力分析
    2.5 总结讨论
第3章 受激介质中的切伦科夫辐射尾场加速
    3.1 无界空间的切伦科夫辐射
    3.2 受激介质中的本征模分析
    3.3 混合本征模的基本加速特征
    3.4 驱动束团在受激介质中产生的尾场的理论分析
    3.5 考虑非线性作用时驱动束团在受激介质中产生的尾场的数值计算
    3.6 本章小结
第4章 电子束团串在受激介质中加速的理论分析
    4.1. 模型的简单介绍(定性分析)
    4.2 电子微束团串在介质中产生的尾场的一般公式
    4.3 电子串束团在介质中能量交换的一般公式
    4.4 电子束团串在受激介质中的能量交换
    4.5. 束团串在二氧化碳混合气体受激介质中的能量交换
        4.5.1 气体压强的分析
        4.5.2 共振频率的选择
        4.5.3 储存在受激介质中能量密度的影响
        4.5.4 电子的初始动能对能量增益的影响
        4.5.5 束团参数对能量增益的影响
        4.5.6 每个微束团中电荷量固定时各种参数的影响
    4.6 圆柱波导边界条件下电子束团串与气体受激介质之间的能量交换
        4.6.1 波导边界条件下带电圆环在受激介质中的电磁场分析
        4.6.2 波导边界条件下电子束团串在受激介质中的电磁场分析
        4.6.3 波导边界条件下电子束团串在受激介质中的能量交换
        4.6.4 各个参数对能量交换的影响
    4.7 小结
第5章 潘宁阱中受激辐射粒子加速的理论分析
    5.1 潘宁阱中的第二类碰撞
    5.2 在潘宁势阱中固态激活介质与电子相互作用的动力学分析
        5.2.1 简介
        5.2.2 模型的描述
        5.2.3 受激介质力和能量交换
        5.2.4 运动方程
        5.2.5 分析计算
    5.3 气体受激介质存在时电子在潘宁阱中的聚束情况
        5.3.1 理论推导
        5.3.2 数值计算模拟
    5.4 总结和讨论
第6章 在含有介质层的球形传导腔中的电磁振荡
    6.1 简介
    6.2 含有N个同心介质层的球形传导腔的电磁场的一般分析
    6.3 含有同心电介质球的球形传导腔
        6.3.1 腔中电磁场的数值计算分析
        6.3.2. 品质因数
    6.4 本征频率为9.37GHz的谐振腔的优化设计与计算
    6.5 小结
第7章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文



本文编号：3852307