收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

一种新型激光加速器的特性研究

曹娜  
【摘要】: 相对论电子被强激光场俘获加速现象(CAS--Capture and Acceleration Scenario)是我们研究小组发现的一种真空激光加速机制。这一机制非常有希望发展成一类新型的台式激光加速器。本论文将CAS的研究从原有光场的近轴近似推广到包含高阶修正的精确描述的光场,证明了对于精确描述的高阶光场,CAS效应同样存在。并进一步详细研究了在CAS加速框架下,电子束团与强激光脉冲相互作用的特性以及实验参数的设计依据。 对于聚焦的高斯激光束,由于衍射效应的存在,在激光束的外缘存在着低相速度区,在此区域内波的相速度可以小于真空光速c;同时聚焦光场总存在着电场的纵向分量,这两者的结合便在激光场中形成了一个天然的加速通道,与我们通常所见的线性加速器中的波导管非常相似。如果电子能够注入到这一通道内,那么它与激光场之间的相移就有可能变得非常之小,从而能够长时间地保持在加速相位,被纵向加速力(主要是纵向电场力)加速到极高能量,这就是我们发现的一种全新的电子俘获加速(CAS)机制。CAS现象的产生,要求激光场的强度必须达到某一阈值(5),同时它还与电子的初始条件密切相关。通常是入射能量在4-15MeV的电子以小角度入射时,才有可能进入到加速通道中被俘获加速。 在目前所能达到的激光参数下,我们通常采用的激光场的近轴近似描述是否还合适呢?通过推导激光场的高阶近似描述,进而模拟电子在更精确满足Maxwell方程组的高斯光场中的动力学行为,并与近轴近似的模拟结果进行比较,得到了下述结论:对于目前所能得到的聚焦激光条件下,就电子在激光场中所表现出的物理特性而言,激光场的近轴近似、五阶修正和七阶修正描述所得到的结论在本质上是一致的,只不过在激光腰宽较小时,会出现一些数值上的差异。这种数值上的差异在激光束的腰宽kw0.40,特别是kw0(30时在非弹性散射电子中表现得比较突出。但是,对于CAS电子的运动特征而言,这种数值上的差异很小,激光场的高阶描述带来的修正效应可以忽略不计。这一结果肯定了我们前期基于近轴近似描述所得到的一系列研究结果,是对CAS机制理论研究的重要支持。 在满足CAS产生条件的基础上,利用三维粒子模拟程序,我们详细研究了电子束团与激光脉冲相互作用后的输出特性如电子的能量分布、角度分布、横向发射度等等,同时还探讨了激光参数的变化对电子输出束流品质的影响。我们发现,电子束团与激光脉冲相互作用后的输出电子可以分为两部分:一部分是进入到加速通道中运动并获得高能量的CAS电子,大约分布在与激光场的轴向夹角 WP=5 小于的空间内,并始终运动在束团的前端;另一部分是非弹性散射(IS)电子,它们被激光场散射,与激光场只有很少的能量交换,并且在空间中分布得非常散乱。输出电子束团在激光场线极化方向上的发射度得到了明显改善。同时,对于近单色能量区域的CAS电子序列而言,它们的散射角基本上不随激光强度而变化,与相对论Hamilton-Jacobi理论得到的关联公式基本符合。这一特点非常有利于用谱仪取出所需能量的电子微束。 随着激光强度的增加(10≤a0≤100),输出电子束的能量线性增加,与轴向激光场加速理论的估算结果一致。同时CAS电子的比例、输出束团的品质以及CAS电子束的发射度等都得到了明显改善。对于目前所能达到的激光强度而言((100TW),电子可以得到的能量大于100MeV,CAS电子占入射电子总数的比例大于10%。 CAS发生的激光强度阈值与激光腰宽紧密相关。随着腰宽的增加,阈值增加,导致 CAS电子的比例随之下降。电子的最大输出能量与腰宽成正比。激光的脉冲长度对输出电子束团的特性影响不大。 电子的入射条件直接决定了电子能否进入到激光场中的加速通道,并与激光场同步,从而被激光场俘获并获得较大的能量增益。我们详细研究了电子在不同的入射条件下所表现出的特性,分析了在接近于实际光束的小腰宽情况下,能够产生较好的CAS加速效果的入射条件。结果表明,电子入射瞄准点的位置与入射角的大小有关,通常瞄准激光焦点附近的两侧区域入射的电子能够得到更高的加速能量和加速效率。CAS的产生效率与入射角和电子的初始能量关系很大,一般来说,入射角选择在50-100之间,电子的初始能量在(0"10左右(约5.1MeV)时可以得到较好的加速能量和加速效率。随腰宽的增加,入射角的范围减小,入射能量范围增加。这一工作给实验系统的设计提供了较好的理论数据。 上述研究成果进一步表明,作为一种全新的激光加速机制,CAS具有加速梯度高、加速尺度小,入射电子能量要求低等特点,如果能够被实验所证实,那么就很有可能发展成为非常有前景的新型台式高能电子激光加速器。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 范希武;王静轩;;横山明聪优秀研究生奖学金[J];发光学报;2011年09期
2 魏云林;谢莹;季秀玲;王鲁民;林连兵;;低温真菌吸附Zn~(2+)的特性研究[J];云南大学学报(自然科学版);2007年S3期
3 朱光平;刘忠良;刘亲壮;;多光子激发下ZnO微针的紫外激光特性研究[J];光电子.激光;2011年07期
4 王景峰;金敏;谌志强;邱志刚;张斌;孔庆鑫;李君文;;1株好氧脱氮菌的筛选与脱氮特性研究[J];环境科学;2011年08期
5 袁浩浩;莫海宁;周坚和;;正多边形平面投影特性研究[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2011年03期
6 高文红;谭亲贵;舒震;王海龙;田曲;刘剑;;Na_3AlH_6的直接制备及储氢特性研究[J];南开大学学报(自然科学版);2011年03期
7 李齐良;华晓锋;张爱辛;曾然;;二芯非线性光栅耦合器的开关特性研究[J];电子器件;2011年04期
8 辛国国;叶地发;赵清;刘杰;;原子非序列双电离的多次返回碰撞电离机理分析[J];物理学报;2011年09期
9 曹畅;张永军;陈瑞;黄善国;张杰;顾畹仪;;基于T-MPLS网络的多等级分组业务传送特性研究[J];高技术通讯;2010年10期
10 涂永勤;张德利;曾纬;陈仕江;;四川小金蝠蛾生物学特性研究[J];应用昆虫学报;2011年04期
11 李新;孙晓;李悦佳;高霞;杜崇旭;;中度嗜盐菌LY9的分离鉴定及其淀粉酶特性研究[J];生物技术;2011年03期
12 林秀;侯振安;赵思峰;谢磊;李会杰;李谟志;;多菌灵降解菌XJ-D的分离鉴定及特性研究[J];中国农学通报;2011年16期
13 王利强;;电磁感应透明与Kerr非线性效应的增强[J];纺织高校基础科学学报;2011年02期
14 陈明;李健;廖洪敏;韦柳青;石云良;张为宇;黄维义;;一株小白鼠血源病原菌的分离、鉴定及生物学特性研究[J];安徽农业科学;2011年18期
15 刘森;罗海陆;文双春;;左手材料中圆偏振光束的反常旋转特性研究[J];物理学报;2011年07期
16 刘建忠;王乾;颜家保;秦晓蓉;李凌凌;;苯酚高效降解菌的筛选及其降解特性研究[J];武汉科技大学学报;2011年04期
17 孙浩;施蕊;缪福俊;熊智;李彪;;一株具有泄漏石油吸附能力真菌的鉴定及其吸附特性研究[J];中国农学通报;2011年18期
18 岳黎;唐赟;杨艳;刘亮;宋嫣;谭洪;王晓玉;;石油污染土壤中高效苯酚降解菌的分离鉴定及特性研究[J];安徽农业科学;2011年20期
19 陈灿;王建龙;;酿酒酵母吸附Pb(Ⅱ)的表面特性研究[J];环境科学学报;2011年08期
20 詹世革;张攀峰;吕守芹;张文明;;力学科学处2010年重点项目结题审查情况的简要介绍[J];力学进展;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韩宗虎;陈林峰;郭昕;;抖动偏频激光陀螺速率阈值特性研究[A];中国惯性技术学会光电技术专业委员会第四次学术交流会暨重庆惯性技术学会第八次学术交流会论文集[C];2000年
2 李书民;;激光场中电子电离氢原子的双重微分截面[A];第十五届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2009年
3 温吉华;;激光场中氢原子电离几率与辐射谐波关系研究[A];第十五次全国原子、原子核物理研讨会暨全国近代物理研究会第八届年会论文集[C];2004年
4 李秀坤;杨士莪;;水下目标特性研究[A];中国声学学会1999年青年学术会议[CYCA'99]论文集[C];1999年
5 陈建宝;张西臣;田宗成;李建华;尹继刚;杨举;李德昌;;隐孢子虫病毒的鉴定及特性研究[A];中国动物学会第六届全国青年寄生虫学工作者学术讨论会论文摘要集[C];2000年
6 温吉华;;激光场中氢原子电离几率与辐射谐波关系研究[A];第十五次全国原子、原子核物理研讨会暨全国近代物理研究会第八届年会论文集[C];2004年
7 顾建生;徐莉英;沈旭;;头孢哌酮钠中间体HO-EPCP光谱特性研究[A];第八届全国发光分析暨动力学分析学术研讨会论文集[C];2005年
8 李书民;刘爱华;BERAKDAR J;;激光场中的μ子衰变[A];第十四届全国原子与分子物理学术会议论文专辑[C];2007年
9 李风华;张仁和;;浅海声场相干特性研究[A];2009年全国水声学学术交流暨水声学分会换届改选会议论文集[C];2009年
10 卞留芳;张春光;陈维德;许振嘉;屈玉华;刁宏伟;;掺铒SIC薄膜的发光特性研究[A];第五届全国稀土发光材料学术研讨会论文摘要集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曹娜;一种新型激光加速器的特性研究[D];复旦大学;2003年
2 胡文辉;超快激光场中双原子分子电离和定向动力学的理论研究[D];大连理工大学;2011年
3 王桂秋;分子离子和离子团簇在稠密等离子体中能量损失和库仑爆炸的理论研究[D];大连理工大学;2005年
4 毛邦宁;纵向高频脉冲放电Ne-CuBr紫外激光的研究[D];浙江大学;2008年
5 刘双强;基于激光感生圆二色性及双折射的原子光学滤波器研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 龚恒翔;多晶氧化锌薄膜的制备和结构、电学、光学特性研究[D];兰州大学;2002年
7 刘纪彩;分子介质中强场激光动力学及X射线光谱学研究[D];山东师范大学;2009年
8 曹勇;小流量涡流管特性的理论与实验研究[D];浙江大学;2003年
9 杨志林;恶性胶质瘤相关新基因的筛选、克隆及其特性研究[D];第一军医大学;2001年
10 冯海冉;分子在强红外场中的多光子过程[D];山东大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冀慎统;激光场辅助下电子碰撞离化氦原子的三重微分散射截面[D];辽宁大学;2011年
2 许瑛;干建材挥发性有机化合物散发特性研究[D];清华大学;2004年
3 刘世兴;激光场中氢分子离子动力学行为的经典理论与保结构计算[D];吉林大学;2004年
4 杨书径;激光加速电子的理论研究[D];长春理工大学;2010年
5 郑令;真空激光加速初始条件对加速效果的影响[D];复旦大学;2008年
6 张大勇;红外导引头对入射激光的后向反射特性研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2000年
7 任强强;层状半空间中沉积谷地对斜入射平面波的三维散射[D];天津大学;2012年
8 孙和丽;激光—电子非线性康普顿散射特性研究[D];山东师范大学;2012年
9 刘洪艳;褐藻色素蛋白复合物的分离及特性研究[D];辽宁师范大学;2002年
10 廖文虎;激光场作用下自旋轨道耦合量子线的电子输运性质[D];湖南师范大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张云;黄土浸水特性研究获多项成果[N];科技日报;2005年
2 ;我国光子晶体中原子自发辐射特性研究获突破[N];中国高新技术产业导报;2006年
3 主要完成单位 浙江理工大学;蚕丝丝素的表面结构特性研究 中国纺织工业协会科学技术进步奖一等奖[N];中国纺织报;2007年
4 李海成张满定;西北公司依靠科技创新挖掘电网潜力[N];国家电网报;2007年
5 陈军文 程国海;207所 历经35载长大成材[N];中国航天报;2005年
6 曾菊敏;孜孜追求 默默奉献[N];中国航空报;2004年
7 本报记者 邹学润;云南野生稻研究取得重大突破[N];云南科技报;2007年
8 本报记者 陈智岗 通讯员 熊发兴;南涧“红大”优质烟立项并在全省示范推广[N];大理日报(汉);2007年
9 本报记者 杨景定;借双慧眼看车膜(下)[N];当代汽车报;2006年
10 成都 青化 编译;火焰传感器及其应用[N];电子报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978