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激光多通道靶相互作用中靶面法向鞘层加速的增强

DOI：10.1063/1.5096902 期刊：Physics of Plasmas 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 研究了>100飞秒相对论激光脉冲辐照由一排平行长导线和平面背箔组成的多通道靶材时产生的离子靶面法向鞘层加速（TNSA）现象。二维粒子模拟显示：激光从导线中拉出大量致密的热阿秒电子束团，这些电子束团受到激光相对论性有质动力力与导线间真空通道激发的横向磁模式纵向电场的协同前向加速作用。这些电子具有显著的双温能谱特征，高能电子温度接近有质动力势能的两倍。当电子穿透背箔后，会在其后表面诱导产生比无通道情况更强且前沿延伸更远的鞘层电场，从而使TNSA离子获得更高最大能量和激光-离子能量转换效率。研究发现：当激光强度为1.37×10^20 W/cm2、脉宽165飞秒、能量25.6焦耳时，可产生85 MeV质子和31 MeV/u碳离子，激光-离子能量转换效率达30%。研究还分析了通道尺寸和激光偏振对TNSA离子的影响。
作者： D. B. Zou，D. Y. Yu，X. R. Jiang，M. Y. Yu，Z. Y. Chen，H. B. Zhuo，C. T. Zhou，S. C. Ruan，Z. G. Deng，T. P. Yu，Y. Yin，F. Q. Shao
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研究概述 实验方案

研究目的

研究通过相对论激光脉冲与多通道靶相互作用增强离子的靶面法向鞘层加速（TNSA），旨在实现更高的离子最大能量和激光-离子能量转换效率。

研究成果

相对论激光脉冲与多通道靶材的相互作用显著增强了离子的尾场加速（TNSA）效应，从而获得更高的离子最大能量和激光-离子能量转换效率。激光从金属丝中牵引出的密集阿秒级热电子束团及其后续加速与加热过程，在靶箔后方形成了更强且更延展的鞘层电场。这使得产生的TNSA离子具有更高能量和更好准直性。相较于现有微纳结构前端的靶材，所提出的多通道靶材具有更优效果，并对激光参数和通道参数表现出强鲁棒性。

研究不足

该研究基于二维模拟，可能无法完全反映三维物理现实的所有方面。所提出的多通道结构对应于实际三维几何中x方向宽度无限的一系列平面板，这可能并非适用于所有应用场景。

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