PIC數值方法以及激光-物質相互作用若干物理研究.pdf

1、本論文介紹了激光-等離子體相互作用相關理論及粒子模擬（Particle-in-Cell）方法；提出了 PIC粒子模擬方法中電荷守恒高階插值算法，詳細介紹了二階和三階插值算法，介紹了將二階和三階拓展到任意偶數階和奇數階的方法；模擬測試驗證了高階算法的有效性，證明了高階插值算法有利于降低數值噪聲和計算時耗，增大網格大小以及提高計算精度。
　　詳細研究了納米結構靶中超熱電子的產生和加熱機理，提出了錐形納米絲靶用于提高快點火中激光-超熱電

2、子能量轉換效率。數值模擬結果表明，相對于普通納米絲靶，錐形納米絲靶的能量轉換效率可以提高一倍以上，并且錐形納米絲所產生的超熱電子的準直性也進一步提升，該項工作證實了錐形納米絲靶在慣性約束聚變快點火中的巨大應用價值。
　　研究了鞘場（TNSA）質子加速，引入了質子束庫倫爆炸理論模型，詳細分析了鞘場加速機制中質子層的初始尺寸對質子束品質的影響；先后提出了納米刷靶和錐形納米刷靶加速質子束，以提高能量轉換效率，并在二維 PIC數值模擬中證

3、實了理論設計方案；同時為了提高質子照相中成像分辨率，本論文還提出了錐臺靶加速點狀質子束源。
　　研究了穿孔輻射壓（HB-RPA）質子加速機制中激光脈寬、激光強度和等離子體密度對質子束能量、質子數量和能量轉換效率的影響。比較了模擬中得到的質子束能量與一維定標值之間的關系，理論分析了兩者之間的差異，發(fā)現脈寬為15~20fs時可以獲得更高的能量轉換效率。該論文首次對HB-RPA質子加速機制進行全三維數值模擬，發(fā)現了相對論自聚焦和相對論相

4、位調制等效應在三維中非常顯著。激光強度為8.0×1022Wcm-2，脈寬為15fs時，可以將4×1010個質子加速到1.3GeV，并且質子束的能散度也小于28％，橫向發(fā)散度和發(fā)散角也只有0.067mm-mrad和9.5°。優(yōu)化激光脈寬、等離子體初始密度獲得了最大能量為1.74GeV、最高能量轉換效率高達11.7%以及最小尺寸小于1μm的高品質質子束。
　　研究了超短超強激光驅動阿秒電子束和gamma光子束，理論分析了基于下一代激光