基于激光与气体靶作用的电子加速和betatron辐射研究

发布时间：2017-12-14 08:16

  本文关键词：基于激光与气体靶作用的电子加速和betatron辐射研究

  更多相关文章： 激光尾波场加速 离化注入 betatron X射线 大电量电子束

【摘要】：近十年来,激光驱动的尾波场加速取得了巨大进展,产生的高能电子除了有望成为自由电子激光和直线对撞机的注入源之外,也可以被用来产生新型的超快辐射源。本论文研究了基于相对论激光与气体靶相互作用,在实验上产生的电子束和betatron辐射,并利用数值模拟进行了分析和验证。本论文研究的主要内容包括激光驱动尾波场电子加速的产生和优化,基于离化注入的betatron辐射增强,基于自调制尾波场加速的betatron辐射产生,以及利用近临界密度气体靶产生X射线以及团簇形成特性的初步实验研究。第一章是绪论,介绍了一些与我们实验直接相关的基本物理机制和相关的研究现状及进展,包括相对论激光在等离子体传输过程中一些非线性效应、几种激光等离子体加速器和可控的注入方式以及基于尾波场加速的betatron辐射源。第二章介绍了我们在激光驱动的尾波场电子加速方面的实验结果,主要内容包括两方面。首先,我们研究了非匹配条件下的尾波场电子加速,在实验中产生了流强高达20kA的电子束,并通过数值模拟证明了其产生机制。然后,我们利用激光与氮气相互作用,系统地研究了基于离化注入产生的电子束的特征和优势。第三章是基于离化注入的betatron辐射增强的研究。实验中,在相似的激光条件下,我们基于离化注入获得的betatron X射线比自注入时的增强了十倍。通过数值模拟,我们发现了辐射增强的原因,即快速的离化注入过程和注入位置有利于电子快速地追上激光并与其发生betatron共振增强作用。第四章是利用亚ps的大能量激光和氦气靶作用驱动的betatron辐射研究。在实验中,我们测到了两种不同临界能量的X射线能谱,分析了其产生机制。另外,我们在激光偏振方向还测到了大电量的电子束,并初步分析了其产生原因。第五章是我们对团簇形成特性以及激光与临界密度气体靶作用进行了初步研究。我们利用瑞利散射的方法,系统地研究了氙气以及氢氙混合气体形成团簇的时间延时和特性。我们还初步地研究了百太瓦飞秒激光与近临界密度靶作用的电子加速和X射线辐射。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O53;TN249

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本文编号：1287180