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短多拍瓦激光脉冲辐照过密等离子体中钻孔效应与相对论透明效应对粒子加速的影响

DOI：10.1063/1.5120068 期刊：Physics of Plasmas 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 通过包含辐射阻尼效应的全相对论性、真实几何粒子模拟（PIC）方法，分析了超短超强激光脉冲在过密度氢等离子体半无限空间中的传播特性。研究发现相对论透明态与钻孔效应区域对横向等离子体场、后向光反射及激光脉冲成丝现象具有敏感性。当激光强度接近I≈10^24 W/cm2时，质子的直接激光加速与离子库仑爆炸效应共同作用，使其注入激光脉冲前端压缩电子波的加速相位。观测到质子被加速至10-20 GeV量级，其密度约为临界密度的数倍。该效应在定性上依赖于初始密度与激光强度参数，随初始密度升高或强度降低而消失。
作者： Masahiro Yano，Alexei Zhidkov，James K. Koga，Tomonao Hosokai，Ryosuke Kodama
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究短多拍瓦激光脉冲辐照过密等离子体时钻孔效应和相对论透明效应对粒子加速的影响。

研究成果

通过包含电子和离子运动以及辐射阻尼效应的全相对论性粒子模拟（PIC），观察到多拍瓦激光脉冲在相对论欠稠密空间半无限等离子体中产生的一种新型离子加速效应。这种加速现象发生在电子密度约为2-10倍临界密度的等离子体中——当激光脉冲的归一化振幅a0≈103时，会直接加速质子，使其注入激光脉冲前端等离子体波的加速相位。实验显示：当强度I=102? W/cm2、脉宽10飞秒的激光脉冲辐照电子数密度Ne=2Ncr的过稠密等离子体时，产生了能量高达20 GeV的质子。

研究不足

模拟受到三维模拟空间分辨率的限制，这制约了等离子体密度和等离子体长度的范围。此外，模拟中未考虑次级量子电动力学过程。

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