《keV/u重離子與全電離氣體放電電漿相互作用研究》是依託西安交通大學，由趙永濤擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：keV/u重離子與全電離氣體放電電漿相互作用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙永濤
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
離子束與電漿相互作用研究不僅是複雜環境下原子物理，電漿物理及天體物理等基礎科學研究領域的重要課題，同時也在可控熱核聚變，重離子加速器技術等套用研究領域也備受關注。本項目將利用蘭州重離子加速器國家實驗室提供的keV/u重離子作用於全電離的氣體放電電漿，系統研究重離子的原子序數，電荷態，速度及電漿的溫度和自由電子密度對相互作用過程的影響，探索這一能區下離子束在電漿中的能量沉積特點，剝離效應及自聚焦效應，為可控熱核聚變及離子加速器束流剝離和聚焦新技術研究提供重要數據支持和技術積累。課題組成員相關研究經驗豐富，依託單位可提供的離子束不僅在原子序數和初始電荷態方面大範圍可調，離子動能也將首次延伸到玻爾速度（25keV/u）附近這一重要而新穎的能區；已有的氣體放電裝置產生的電漿溫度密度均勻，持續時間長且可實現全電離，非常適於研究電漿自由電子密度和溫度對作用過程的影響。
結題摘要
離子束與電漿相互作用過程是離子束驅動的高能量密度物理及熱核聚變研究中最核心的物理問題之一。在基金委的支持下，本項目緊扣這一國際前沿課題，基於項目依託單位320kV高壓離子源一號終端搭建了離子束與電漿相互作用實驗平台，開展了中低能質子束以及He離子束在氣體放電氫電漿中的能量沉積及傳輸過程實驗研究。 實驗上獲得了能量為50-400keV質子束和氦離子束在不同放電參數下電漿中的高精度能損值；研究發現，質子能損數據與理論值符合較好，但是氦離子能損實驗值卻普遍低於理論估計值；分析認為，理論計算時氦離子的有效電荷取值應該為1.7。另一方面，實驗中也觀測到電漿對質子束的強聚焦效果，而且被聚焦的質子束能量單一。模擬發現百keV量級直流質子束穿過氣體放電電漿時會形成周期性振盪的尾場，這種尾場可以把質子束調製為強聚焦（流強密度提高1個量級以上）、短脈衝（脈寬為百ps量級）、高重複頻率（周期為ns量級）的質子束脈衝串；初步分析認為振盪尾場“聚集”質子束的同時“影響”了附近的自由電子，聚集的一個個質子束團和緊跟著一個個電子束團沿著束流方向運動，因此碰撞幾率大幅減小，能損也大幅降低，相關物理機制研究仍在繼續深入。 這是國際上首次將離子束在電漿中的能損實驗研究較為系統的擴展至10-100keV量級這一區域，首次在實驗上觀測到離子束在電漿中激發的尾場調製效應。實驗中獲得的高精度能損數據可以對現有的能損理論模型進行檢驗和完善，而實驗觀測到的電漿尾場自調製效應在新型加速器方面有很重要的套用前景。 在本項目工作的基礎上，我們獲得了一項國家自然科學基金大科學工程裝置聯合重點項目(批准號U1532263，2016.01.01-2019.12.30)，發表了學術論文30餘篇，項目執行期間完成培養碩士生3人，博士生2人。
