通过短激光脉冲在低密度靶材中优化电子加速，实现伽马射线、正电子及光核粒子的有效产生

摘要： 基于短激光脉冲与低密度等离子体靶相互作用的3D粒子模拟，已优化电子加速方案以寻找能最大化高能电子束电荷量的脉冲传播模式。该模式对应激光脉冲的自捕获传播状态——其中衍射发散效应与相对论非线性效应相互平衡，使得轴上不会发生相对论自聚焦，且激光光束半径在等离子体中传播多个瑞利长度时保持不变。当脉冲长度显著超过等离子体波长和脉冲宽度时，该模式会在近临界密度条件下出现。电子加速发生于充满高频激光场与纵向静电单周期场的行波腔体中（即"自捕获模式"）。蒙特卡洛模拟表明，该模式产生的高电子产额能有效促使捕获靶产生γ射线、正负电子对、中子乃至π介子。