《強雷射驅動的高能量密度物理研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由王精偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：強雷射驅動的高能量密度物理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王精偉
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超強雷射的出現極大地促進了高能量密度物理的發展。強雷射驅動的高能量密度電子離子團在慣性約束核聚變，醫學治療，台式中子源，X射線源等領域有著極其重要的套用。本項目擬探索可以產生更高能量密度的帶電粒子束的新方案，並研究其在小型化X射線源和中子源的套用。具體研究內容包括：用兩束雷射的反相位交叉光場連續加速納米顆粒靶，多個雷射脈衝轟擊半球殼狀固體小靶實現對離子團的加速與會聚，雷射照射含預電漿的薄膜靶產生高能電子團、並通過探針光的湯姆遜散射獲得X射線，強雷射加速離子團從多方位轟擊氘氚靶、通過impact fusion產生中子。本項目還計畫研究錐形電漿管道對強雷射的聚焦作用、以進一步提高雷射的峰值功率。本項目的研究手段以Particle in Cell模擬為主，解析理論為輔。
結題摘要
高能量密度狀態一種普遍存在的一種物質狀態。它看感覺上離我們生活很遠，卻和我們關係人類密切，比如太陽核心的物質，比如氫彈爆炸，比如醫療用的高能粒子。 正是因為在能源，醫療，物質探測等方面有重大的套用，才促使我們去研究高能量密度這種狀態並加以利用。在實驗室中，超強雷射器與物質相互作用是人類可以產生的高能量密度物質的一種很重要的方法。近幾十年，美國投入幾十億美元建造國家點火裝置（NIF），歐洲計畫用近十億歐元來建造超強雷射裝置ELI，以及我們國家花費幾百億人民幣建造神光系列裝置。這些大項目的出現說明目前基於強雷射的高能量密度物理研究受到了很多國家的極大重視。但是，我們也注意到，不管是在基礎理論上，還是在技術方案上，仍然有很多問題需要我們去解決。 在這個青年基金項目中，我們主要是研究如何在雷射和物質（電漿）相互作用中產生高品質的帶電粒子（電子，質子，重離子等），以期在雷射控制核聚變，離子束腫瘤治療，X射線產生等方面獲得套用。研究基本上是按照項目書中的研究計畫來進行的。當然對研究過程中出現的一些新現象也進行了探索。主要的研究內容包括：（1）利用交叉光產生的獨特光場加速固體密度靶，（2）連續兩個雷射脈衝在亞臨界電漿中加速電子獲得高能量密度電子，（3）雷射與充滿亞臨界密度電漿的錐靶作用產生高能量密度的電子束，（4）多脈衝超強雷射與球殼靶作用加速並聚焦高能量密度的電漿，（5）雷射與三明治靶作用在沿著靶面方向獲得準單能碳離子束，（6）雷射轟擊條紋結構的靶在相對論透明效應下的質子加速，（7）雷射與具有長預臨界密度電漿作用下的靶後殼層加速，（8）自發產生的電子空腔對電磁波的捕獲，（9）強雷射在中空球殼中捕獲效應。 這些研究通過對靶或者雷射的操控，改善了獲得的高能粒子的品質（能量密度，準直性，單能性等）。比如我們提出的交叉光加速方案，在同等的雷射條件下，獲得的電子束電量可以比用目前常見的方法獲得的電子束電量大一個數量級。將靶設計成條紋結構更容易達到相對論透明效應而使質子獲得達到腫瘤治療所需要的能量。這些加速方案為各種實際套用提供了理論和模擬的參考，也同時加深了大家對雷射驅動電漿加速物理機制的理解。
