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超强激光脉冲与薄靶相互作用下的光帆效应与钻孔辐射压加速研究
摘要： 采用圆偏振激光脉冲的辐射压力加速（RPA）方案能高效产生高强度、高能量的准单色离子束。根据靶材厚度不同，RPA呈现两种典型模式：在超薄靶中发展的光帆（LS）模式和在较厚靶中发展的钻孔（HB）模式。本研究通过全相对论粒子模拟（PIC）方法探究了LS-RPA与HB-RPA的离子加速动力学过程，利用一维理论模型合理阐释了两种模式的转换竞争机制。为验证一维结果的可靠性并研究多维效应，还开展了二维模拟。本工作有助于深化对RPA机理的理解，并为获得高质量、高通量离子束提供重要指导。
关键词： 离子加速、辐射压力加速、激光-等离子体相互作用、粒子模拟（PIC模拟）
更新于2025-09-23 15:19:57
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两个超强激光脉冲在低密度等离子体中自陷的相互作用特性
摘要： 通过研究波包络的演化，探讨了欠密度等离子体中两束平行相对论激光的相互作用。基于无光束混合条件下总激光功率的演化，给出了两束激光间能量转移的表达式。研究表明，能量转移方式与激光初始相位差呈非线性关系，且相互作用结果取决于激光强度、光斑半径及间距。通过直接数值求解激光包络的相对论非线性薛定谔方程以及粒子模拟法验证了上述结果。该研究及结论有助于理解欠密度等离子体中多束同向传播激光的能量转移行为。
关键词： 非线性薛定谔方程、低密度等离子体、能量转移、激光束、粒子模拟（PIC模拟）
更新于2025-09-19 17:13:59
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来自激光等离子体加速器的高能质子微束团
摘要： 激光驱动离子加速器的最新进展引发了人们对这类高能粒子源的更大兴趣，特别是在其在高能物理和医疗应用等广泛领域的可行性方面。在此，我们发现了一种新的离子加速机制，并通过粒子模拟首次证明：在由混合离子种类构成的双气体靶中，能够产生高能单色质子微束团，同时观察到加速质子束的加速与自调制过程。在该离子加速机制中，超短超强激光脉冲（2拍瓦，20飞秒）与近临界密度部分电离等离子体（碳和氢元素）相互作用，我们通过数值模拟观测到高质量的高能单色质子微束团（峰值质子能量350兆电子伏特，激光-质子转换效率约10^-4，发散角小于10度），这对医疗应用具有重要价值。我们预计，通过该方案，现有激光装置可获得更高能量范围和单色性的加速质子，或使中小型激光实验室能在中等能量条件下开展激光驱动离子加速研究，从而减小加速器体积。混合气体靶的使用将实现这些加速器的高重复频率运行，且不受等离子体碎片和电磁脉冲干扰。
关键词： 质子微束团、激光驱动离子加速器、医学应用、粒子模拟（PIC模拟）、高能物理
更新于2025-09-16 10:30:52
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通过强圆偏振激光脉冲驱动的双靶提高质子束质量
摘要： 提出了一种新方案，通过超强激光脉冲与由低密度预靶和高密度主靶组成的双等离子体靶相互作用来提升质子束质量。一维和二维粒子模拟均表明：相比仅使用主靶，采用合适的预靶可产生更强的纵向电荷分离场，从而获得动量发散更低、单色性与准直性更好且电流密度更高的质子束。此外，由于激光脉冲与靶材的耦合增强，激光向质子的能量转换效率也得到提升。
关键词： 质子束、电荷分离场、粒子模拟（PIC模拟）、圆偏振激光脉冲、双靶
更新于2025-09-12 10:27:22
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近红外至远红外激光脉冲驱动的相对论等离子体产生太赫兹辐射
摘要： 通过粒子模拟研究了采用近红外至远红外载波波长、超强双色激光场电离气体产生太赫兹脉冲的过程。对于长泵浦波长（10.6微米）导致电子密度与临界密度比值较大的情况，研究表明光电离会灾难性地增强等离子体尾波场，造成光谱整体红移，并在激光传播方向激发出振幅达数十GV/m的太赫兹场。该辐射过程伴随有因尾波场驱动电子加速而产生的相干渡越辐射（CTR），其振幅与主辐射相当。我们通过解析方法评估了包含粒子自场效应的总辐射能量中CTR能量占比可达30%，并通过数值计算标定了匹配击穿机制在电子密度跨越三个数量级变化时的效率。
关键词： 光电离、激光等离子体相互作用、等离子体尾场、太赫兹、相干渡越辐射、粒子模拟（PIC模拟）
更新于2025-09-12 10:27:22
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CdS/Ag/TiO2纳米棒复合材料的光电化学活性：硝基苯降解与分子氢联产
摘要： 建立了一个新的动力学模型来描述真空/介质界面处微波窗击穿过程。该模型首次考虑了气体解吸和气体扩散对击穿的影响，分析了电子密度与中性气体密度的演化规律。通过粒子模拟方法验证该模型，对比结果吻合良好。研究表明中性气体密度随远离介质表面距离呈指数衰减，证实气体扩散是导致中性气体密度降低的主要因素。在气体电离作用下，轰击介质表面的电子数量增加，从而导致介质表面上方气体压力迅速上升。此外，微波窗击穿的放电形成时间tc随气体解吸速率呈指数下降；当微波电场强度Erf较小时，tc还随二次电子发射曲线首个交叉点能量的降低而减小。该动力学模型为微波窗设计提供了理论依据。
关键词： 气体解吸、微波窗击穿、气体扩散、真空/电介质界面、粒子模拟（PIC模拟）
更新于2025-09-11 14:15:04
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一种由激光照射连续氢团簇靶产生的多赫兹、千电子伏特脉冲质子源
摘要： 本文介绍了一种基于连续运行的低温氢团簇靶的高重复频率激光驱动质子源。我们展示了在5赫兹运行条件下，基于库仑爆炸的、无碎片加速机制可在数十千电子伏特能量范围内实现约10%的稳定性。这种产生短脉冲质子束团的加速机制，是材料科学等多种应用的理想方案，也可作为传统加速器的注入源。此外，通过调节激光和/或团簇参数可实现质子能量的调控。三维数值粒子模拟与解析模型不仅验证了实验结果，更揭示出通过简单改进靶材即可实现质子能量进一步提升的巨大潜力。
关键词： 高重复频率、激光驱动质子源、库仑爆炸、粒子模拟（PIC模拟）、低温氢团簇靶
更新于2025-09-11 14:15:04