强激光与等离子体相互作用中的自生磁场与质子加速的研究

《强激光与等离子体相互作用中的自生磁场与质子加速的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士研究生学位论文新疆大学论文题目(中文)：强激光与等离子体相互作用中的自生磁场与质子加速的研究论文题目(外文)：StudyofSelf-MagneticFieldandProtonAccelerationintheLaserPlasmaInteraction研究生姓名：阿布力克木·阿布力孜学科、专业：物理学研究方向：激光与等离子体导师姓名职称：阿不都热苏力教授论文答辩日期年月日学位授予日期年月日新疆大学2016届硕士研究生学位论文摘要利用超强超短脉冲激光与等离子体相互作用产生几百兆量级的高能质子束是研究人员致力研究的核心物理问题之一。超强超短脉冲激

2、光与等离子体相互作用后会产生接近光速的高能电子，这些以相对论运动的超热电子穿过靶材料后与12等离子体薄靶表面的带正电的质子相互作用形成强度约为10Vm量级的加速电场，质子再经由这个加速电场加速到数十MeV量级。利用超强超短脉冲激光与等离子体相互作用得到的高能质子束在新型质子加速器，质子束驱动核聚变，在医疗诊断和治疗等科学技术方面都有许多创新的潜在应用价值和科学意义。论文第一章简单介绍了超强超短脉冲激光、等离子体以及和加速研究的进展、惯性约束核聚变的发展进展，以及超强超短脉冲激光与等离子体薄靶相互作用的研究意义等。第二章则是介绍如何经由超强超短脉冲激光

3、产生超热电子或高能质子束的理论原理，包含描述超强超短脉冲激光和等离子体的基本参数、激光在等离子体中的传播特性、超热电子和高能质子加速的基本原理及超热电子与带正电的质子分离时所建立的鞘层靶背加速机制(TargetNormalSheathAcceleration，TNSA)。第三章主要介绍了激光等离子体相互作用的粒子模拟方法。包括用粒子模拟法(PIC)求解麦克斯韦方程组，求解相对论粒子运动方程，以及电流密度、初始条件、边界条件处理方法等。第四章，选用不同类型的等离子体薄靶，用二维PIC模拟方法系统研究了超强激光脉冲与等离子体薄靶相互作用中产生的自生磁场和

4、质子加速行为，结果发202现：当功率密度为10Wcm的超强激光与等离子体薄靶相互作用时，由于等离子靶面所产生的自生磁场作用使产生的质子分布呈现空间定向发射，发射的方向和高能质子的能量与等离子体靶面密切相关，能量越高发散角越小，而质子加速越好，被加速的高能质子速度越快其聚集性越好。关键词:超强激光；自生磁场；高能质子束；数值模拟；发散角i新疆大学2016届硕士研究生学位论文AbstractGeneratinghighenergyprotonbeamswithenergiesuptoseveralMeVviatheinteractionbetweensu

5、perdenseandshortlaserpulesandplasmaisoneofthemostinterestingphysicalproblemsforresearchers.Theinteractionbetweensuperdenseandshortlaserpulesandplasmawouldproducehighenergyelectronswiththespeedclosetothespeedoflight.Theserelativisticelectronswithsuperhottemperatureinteractswitht

6、hepositivelychargedprotonswhichareatthesurfaceofthetargetmaterialaftertheelectronspassthroughthetargetmaterialandproduceacceleration12electricfieldup-to10V/mandtheprotonswouldacquireenergiesup-toseveraltensofMeVaftertheyhavebeenacceleratedbytheaccelerationelectricfield.Producin

7、ghighenergyprotonsviatheinteractionbetweensuperdenseandshortlaserpulseandplasmahasmanycreativepotentialapplicationsinscientifictechnologicalareaslikenewprotonaccelerators,nuclearfusiongeneratedbyprotonbeams,medicaldiagnosisandmedicaltreatments.Inchapter1,webrieflyintroducesuper

8、denseandshortlaserpulse,plasmaandpresentthedevelopment