《雷射驅動高品質超阿爾芬電子束的關鍵物理問題研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由蔡洪波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：雷射驅動高品質超阿爾芬電子束的關鍵物理問題研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔡洪波
- 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所
項目摘要,結題摘要,
雷射驅動高品質超阿爾芬電子束是高能量密度物理和超高功率雷射套用研究的重要物理問題之一。本項目將圍繞束流不穩定性的抑制機理和高品質超阿爾芬電子束的產生開展研究，考慮相對論電子在電磁場中的輻射損耗和高密度電漿中的碰撞過程，完善超高功率雷射輻照高密度靶產生相對論電子的物理建模，發展與完善相應的數值模擬程式；抓住影響超阿爾芬電子束品質的關鍵物理問題，分析造成束流發散角的物理根源，研究束流不穩定性的時空演化行為，及其所引起的束流發散角與入射雷射強度等參數的定標關係；以束流不穩定性的抑制機理為突破口，深入研究預電漿、碰撞效應、輻射效應等對束流不穩定性和電子束品質的影響，研究獲得高品質超阿爾芬電子束的新方法。本項目研究結果將有助於提高對雷射驅動高能粒子加速器、X射線源和慣性約束聚變中的物理問題基本規律的認識。
圍繞如何利用超強拍瓦雷射驅動高品質超阿爾芬電子束這個核心問題，本項目發展和完善了滿足拍瓦皮秒雷射輻照固體靶和結構靶研究所需的2D3V和3D3V大規模高性能粒子模擬程式ASCENT及與流體程式配合的數據接口，開展了理論和數值模擬研究，完成了研究計畫，獲得了重要的、創新性的研究結果，促進了對雷射聚變快點火物理基本規律的認識，並為雷射聚變快點火靶物理設計提供了參考。 本項目我所自主研發的數值軟體平台JASMIN框架上編制了3D3V並行粒子模擬（PIC）程式，通過最佳化程式功能模組和物理模組，獲得了細緻研究超強雷射與大尺度保密度靶相互作用中強流電子束產生和輸運過程的數值模擬能力，通過採用Teravap後處理模組，獲得了TB量級數據的並行可視化能力，實現了百億個粒子規模的數值模擬研究，促進對雷射電漿相互作用的物理規律和機理的認識。 本項目針對拍瓦-皮秒脈衝雷射產生超阿爾芬電子束的產生和輸運問題，相繼研究了外加磁場對雷射輻照平面產生強流粒子束能譜分布、角分布和雷射轉換效率等影響；研究了背景電漿溫度、碰撞效應、外加磁場等對束流不穩定性的影響；設計了不同靶結構或利用外磁場以控制電子束在靶內傳輸發散性從而提高加熱效率問題，其中雙層錐靶結構等已套用於快點火靶設計方案中，其有效性在神光裝置實驗中得到驗證；此外，我們同樣利用ASCENT程式研究了高能量密度電漿中的一些重要基礎前沿問題，所獲成果得到國內外好評，並在國際上本領域專業雜誌上發表。 四年來，共完成文章10篇，成功研製數值模擬程式1個；組織會議5次，培養博士生2名，碩士生1名，完成了預定研究內容、達到了預期研究目標。
