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超强激光驱动的相对论电子在介质靶中的传输

DOI：10.1017/hpl.2019.53 期刊：High Power Laser Science and Engineering 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 超强激光驱动的相对论电子为加热物质至与诸多应用相关的高能量密度状态提供了一种途径。然而，相对论电子在固体靶中的输运过程尚未被充分理解，特别是在电介质靶中。我们首次通过包含场致电离和碰撞电离过程，详细展示了硅靶中相对论电子输运的二维粒子模拟结果。研究发现绝缘体中存在一个传播的电离波，其速度取决于激光强度且慢于相对论电子速度。由于自由电子和离子的集体效应，在鞘层电场前方观测到广泛分布的电场，这些电场远弱于场致电离的阈值电场。当激光强度超过5×10^19 W/cm2并产生高相对论电子电流密度时，电离锋面后方会出现双流不稳定性。
作者： X. H. Yang，C. Ren，H. Xu，Y. Y. Ma，F. Q. Shao
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研究概述 实验方案

研究目的

研究超强激光驱动的相对论电子在介质靶中的输运过程，重点关注电离波传播及激光强度对该过程的影响。

研究成果

该研究得出结论：超强激光驱动的介电靶中相对论电子输运过程涉及一个电离波，其速度取决于激光强度且慢于相对论电子速度。研究发现电离锋面后方存在广泛分布的电场和双流不稳定性，这对快点火及激光驱动离子加速等应用具有重要影响。

研究不足

该研究的局限性在于详细的二维粒子模拟（PIC）所需的计算资源，这可能影响模拟的分辨率和范围。此外，由于未考虑集体效应和非线性效应，理论分析得出的电离前沿速度可能高于实验结果。

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