MeV电子束在稠密等离子体中散射的蒙特卡罗模拟

发布时间：2017-06-16 16:03

  本文关键词：MeV电子束在稠密等离子体中散射的蒙特卡罗模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光尾波场加速的电子束可达到较高品质,具有尺度小、准单能、高准直和脉宽短等特性,应用前景广阔。目前,电子束诊断是激光与等离子体相互作用领域的先进诊断技术之一,对于高能量密度物理以及惯性约束聚变的研究具有重要意义。通过高品质电子束的主动式诊断,一方面可以给出等离子体本身的一些重要信息,诸如面密度大小、内部密度分布情况等：另一方面,电子束作为探针可以用于激光等离子体相互作用过程中电磁现象的诊断研究。本论文针对高温稠密等离子体诊断,就发展MeV电子束诊断方法进行了数值模拟研究。为研究高能电子在高温稠密等离子体中的运动,自行编写了蒙特卡罗程序追踪电子的运动过程。电子在等离子体中运动的物理过程十分复杂,本程序的编制基于多次散射理论,采用连续慢化模型,采用更精确的超热电子在聚变等离子体中的阻止本领公式及相对论微分散射截面,从而能够模拟得到高能电子束穿过等离子体区域的径迹以及透射后在探测器上的通量密度分布。基于自编蒙特卡罗程序,模拟研究了MeV电子束对高温稠密等离子体平面靶的放射照相,研究了电子束在等离子体中的输运以及透射后的性质。结果表明,由于电子在等离子体中散射,透射电子束的一维通量密度曲线角宽度(Φ)与等离子体的密度与厚度的乘积,即面密度(pR)有关,而等离子体温度的影响很小。通过分析和拟合,给出面密度与角宽度的定标率：pR∝Φ2,’。此外,还初步探索了锥型电子束对等离子体透视照相方面的应用,并在此基础上讨论了靶后探测器位置和电子束的初始动能对成像效果的影响。这些结果表明,利用激光加速产生的准直、准单能MeV电子束透视可为聚变燃烧等离子体面密度以及不均匀性诊断提供新方法。
【关键词】：蒙特卡罗模拟 MeV电子束 多次散射 诊断
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O53
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 高能量密度物理11-12
• 1.2 激光加速电子束的特性12-16
• 1.3 激光加速电子束的应用16-22
• 1.3.1 电子束诊断电磁场16-19
• 1.3.2 电子束透视19-22
• 1.4 论文内容安排22-23
• 参考文献23-27
• 第二章 电子在等离子体中的散射27-41
• 2.1 电子单次散射基本理论27-30
• 2.1.1 两体库仑碰撞模型27-29
• 2.1.2 等离子体中的库仑碰撞29-30
• 2.2 电子在等离子体中运动的描述30-33
• 2.2.1 电子在等离子体中微分散射截面30-31
• 2.2.2 电子在等离子体中的阻止本领31-33
• 2.3 电子多次散射理论基础33-36
• 2.4 基于蒙特卡罗方法的粒子输运36-38
• 2.4.1 蒙特卡罗方法简介36-37
• 2.4.2 一些相关的蒙特卡罗程序介绍37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 参考文献39-41
• 第三章 基于蒙特卡罗方法的电子束照相数值模拟41-57
• 3.1 应用于高能电子追踪的蒙特卡罗程序41-45
• 3.1.1 物理过程41-42
• 3.1.2 数值方法42-44
• 3.1.3 蒙特卡罗程序可靠性验证44-45
• 3.2 等离子体靶面密度ρR的诊断45-50
• 3.2.1 温度的影响46-47
• 3.2.2 角宽度Φ的定标率47-49
• 3.2.3 多层平面靶模型49-50
• 3.3 锥型电子束照相50-55
• 3.3.1 电子束照相模拟51-52
• 3.3.2 探测器位置对成像效果的影响52-53
• 3.3.3 电子束初始动能对成像效果的影响53-55
• 3.4 本章小结55-56
• 参考文献56-57
• 总结与展望57-61
• 参考文献59-61
• 致谢61-63
• 在读期间参加的研究课题及取得的学术成果63

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本文编号：455785