激光尾波場電子加速與Betatron輻射產(chǎn)生研究

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1、國密級：中國科學院大學UniveJ·sitvofChineseAcademvofSciences碩士學位論文2013年5月ByYongMaAThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringInsitituteofPhysics，ChineseAcademyofSciencesMay,2013摘要本論文采用實驗和數(shù)值

2、模擬兩種手段研究了激光與等離子體相互作用中的尾波場電子加速與betatron輻射產(chǎn)生。論文的主要內(nèi)容包括以下三個部分：激光等離子體電子加速各種機制與加速過程中betatron輻射產(chǎn)生的基本原理介紹；激光與固體靶相互作用中靶面電子加速的實驗研究；激光與稀薄等離子體相互作用中同時獲得高質(zhì)量電子束與betatron輻射的數(shù)值模擬研究；第一部分由第一章組成。首先介紹了激光等離子體加速的基本原理，尤其是自調(diào)制激光尾波場加速機制、互調(diào)制激光尾波場加速機制、空泡加速機制以及相關(guān)的實驗進展。其次簡要介紹了電子在加速過程中由于橫向

3、振蕩而產(chǎn)生betatron輻射的基本物理圖像。第二部分由第二章組成。實驗中采用激光大角度入射固體銅靶，通過加入預脈沖的方法來獲得預等離子體，并通過調(diào)節(jié)激光脈沖焦點與靶面的距離(離焦)和激光能量來調(diào)節(jié)預等離子體狀態(tài)。實驗中在加入對比度為10。4的預脈沖，選擇合適的離焦距離以及較高的激光能量的最優(yōu)化條件下，首次獲得了沿靶面方向傳播、高度準直、能量達到0．6MeV的單能電子束。第三部分由第三章組成。主要通過數(shù)值模擬研究了激光尾波場電子加速與betatron輻射的產(chǎn)生。數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)選擇合適的激光與等離子體參數(shù)，可以同時產(chǎn)

4、生高品質(zhì)的單能電子束與betatron輻射。關(guān)鍵詞：超短超強激光，尾波場，電子加速，betatron輻射AbstractThisthesisisfocusedonthestudyofelectronaccelerationandthegenerationofbetatronradiationinlaserplasmainteractioninbothexperimentandnumericalsimulation．Itiscomposedofthefollowingthreeparts．Firstly，theba

5、sicprinciplesofseverallaserplasmaacceleratorsandthefundamentalphysicsofthegenerationofbetatronradiationaregiven．Secondly,westudiedthetargetsurfaceelectronaccelerationinlasersolidinteractionexperimentally．Thirdly,westudiedthesimultaneousgenerationofmono—energe

6、ticelectronbeamandbrightbetatronX。raysinsimulation．Thefirstpart，whichiscomposedofchapterone，reviewsthedevelopmentoflaserplasmaacceleratorsincludingLWFA，SM-LWFA，XM-LWFAandBubbleregime·Italsogivesabriefintroductionofthegenerationofbetatronradiation．Thesecondpar

7、tiscomposedofchaptertwo．Intheexperimentoflaserirradiatedcoopertarget，highlycollimatedmono-energeticelectronbeamsalongtargetsurfaceweregeneratedforthefirsttime．Thethirdpartiscomposedofchapterthreeinwhichwestudiedthelaserwakefieldaccelerationandthegenerationofb

8、etatronradiationinsimulation．Wefotmditispossibleforthesimultaneousgenerationofmono-energeticelectronbeamandbrightbetatronX·-rayswhenchooseoptimallaserandplasmaparameters·Keywords：ultrasho