强激光驱动的离子加速机制的数值模拟研究

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1、⑧万方数据论文作者签名：￡金丕指导教师签名：论文评阅人1：评阅人2：评阅人3：评阅人4：评阅人5：答辩委员会主席：委员1：委员2：委员3：委员4：委答辩日期：万方数据Simulationofintenselaser-drivenionaccelerationmechanism⑧Author’Ssignature：一‘●o·Supervisor7Ssignature：ExtemalReviewers：r7＼ExaminingCommitteeChairperson：ExaminingCommittee

2、Members：Dateoforal万方数据浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿态鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：P铥签字目期．乃14年甲月z7曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝婆盘鲎有权保留并向国家有关部门或机

3、构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权滥婆盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：孓≮磊签字日期：劢14年甲月乙7日导师签名：槲瓤川卯日万方数据目次摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11强激光驱动的离子加速的相关理论基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31．1激光等离子体物理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31．1．1惯性约束聚变⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31．1．2快点火理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41．2离子快点火研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61．2．1质子快点火研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．61．2．1．1基本理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．61．2．1．2目前的主要研究课题方向及进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．71．2．2其他离子快点火研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．81．2．2．1实现离子快点火的主要参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯81．2．2．2相关研究及进

5、展⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯91．3离子加速机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．111．3．1TNSA(TargetNormalSheathAcceleration)⋯⋯⋯⋯⋯．121．3．2RPA(RadiationPressureAcceleration)⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．131．3．3BOA(Break-OutAfterburner)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．142．激光等离子体物理数值模拟研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯152．1PIC(Particle—in-Cell)模拟方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

6、⋯⋯．152．2oPIC2．0程序的使用方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．172．3OPIC2．0程序的验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．173OPIC2．0程序模拟激光等离子作用的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．213．1激光强度a=120时激光与碳氢、氮氢和铜氢双层靶作用的模拟⋯⋯．．223．2不同强度的激光与铜氢双层靶作用的模拟比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．283．3激光与铜碳双层靶作用产生准单能离子束模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．303．3．1不同强度的激光与铜碳双层靶(HCu=20％)作用产生准单能碳离子束的模拟⋯

7、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．30万方数据3．3．2不同强度的激光与铜碳双层靶(nc．=50％)作用产生准单能碳离子束的模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．343．4模拟结果的理论分析与比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．374总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．39参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．41致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯45万方数据摘要随着激光技术和等离子体物理理论的不断进步，为了实现惯性约束聚变，人们发展出了使用激光或离子束

8、点火的多种方案。其中快点火方案是一种可以明显降低对于驱动激光和离子束要求的方法，这一方案还可以增加聚变反应的产出。近些年来，在世界范围内质子和其他离子被越来越多地作为一种有效的点火替代方案进行研究，在本文的第一部分，我们首先回顾离子驱动的快点火在近些年来的进展和未来的期望，其中实现点火所需的参数和要求也会被讨论到，然后我们会简要介绍离子加速的各种机制。在本文的第二部分，我们使用了OPIC这个二维的粒子模拟程序来研究电子、质子和其他离子在加速过程中的行为。在模拟中不同强