Radiation Pressure Acceleration of Thin Foils with Circularly Polarized Laser Pulses
本文描述了一种新的方法，即用10^20 W/cm ^2以上的强激光束对薄箔进行辐射压力加速。利用圆偏振光可以非常高的效率产生扩展到GeV能量的高单能质子束。质子束具有非常小的发散角（小于4度）。这种新方法允许构建具有超短粒子爆发的超紧凑质子和离子加速器。
2007-08-15 physics.plasm-ph
Scaling Laws of Ion Acceleration in Ultrathin Foils Driven by Laser Radiation Pressure
通过理论分析和二维粒子模拟，研究了强激光脉冲辐射压力驱动下超薄薄膜中离子加速的标度律。考虑到激光等离子体相互作用过程中不可避免的不稳定性，离子的最大能量应该有两个贡献：辐射压力驱动的体加速和热电子在运动箔参考中引起的鞘层加速。提出了一个理论模型，定量解释了在大范围的激光和靶参数下，模拟和实验观察到的截止能量和能量扩展大于“光帆”模型预测的结果。由该模型推导出的标度律得到了实验的验证，并得到了模拟结果的支持。
2018-09-17 physics.plasm-ph
Anomalous lepton acceleration in the radiation reaction dominated reflection regime
研究发现，松散聚焦超强激光与反向电子作用时，辐射反应可使轻子反射并被不对称场加速至远超初始能量，模拟展示10拍瓦级激光高效产生多GeV准单能正电子，为宇宙射线起源提供新解释。
2025-04-25 physics.plasm-ph
Radiation Reaction Effects on Electron Nonlinear Dynamics and Ion Acceleration in Laser-solid Interaction
采用解析方法和二维（2D 3 P）粒子模拟方法研究了超强激光脉冲与薄等离子体箔相互作用中的辐射反应（RR）效应。结果表明，辐射反作用力导致电子冷却，电子和离子的空间聚束增加。一个完全相对论性的动力学方程，包括RR效应进行了讨论，它表明，RR导致可用相空间体积的收缩。我们的PIC模拟结果与动力学理论的预测定性一致。
2010-11-25 physics.plasm-ph
Radiation pressure dominant acceleration: polarization and radiation reaction effects, and energy increase in three-dimensional simulations
采用三维粒子模拟方法研究了超强激光脉冲（I > 10^23 W/cm ^2）与薄等离子体箔相互作用中的偏振和辐射反应（RR）效应。对于线偏振激光脉冲，观察到强的各向异性，如在垂直于传播方向的平面内形成两个高能团簇和显著的辐射反应效应。相反，既没有各向异性，也没有观察到显着的辐射反应效应，使用圆偏振激光脉冲，其中的最大离子能量超过在较低维度的模拟中获得的值。初始平坦的等离子体箔的动态弯曲导致准抛物壳的自形成，该准抛物壳聚焦强烈增加其能量和动量密度的撞击激光脉冲。
2011-12-30 physics.plasm-ph
Radiation reaction effects on ion acceleration in laser foil interaction
采用解析模型和多维粒子模拟方法研究了激光箔相互作用中辐射反应对离子加速的影响。我们发现，在1022 W= cm ~ 2的激光强度下，由于静电分离场，一些电子向后移动的区域中，辐射效应是重要的。辐射反应往往会阻碍这些向后的运动。在光学透明区，考虑辐射效应后，离子加速增强。
2009-09-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Efficient acceleration of a dense plasma projectile to hyper velocities in the laser-induced cavity pressure acceleration scheme
报道了激光诱导腔压加速（LICPA）方案中等离子体弹丸加速的实验研究。在千焦耳PALS激光设施进行的实验中，使用干涉测量法、条纹照相机和离子诊断法测量了射弹的参数，并通过二维流体动力学模拟来支持测量。结果表明，在具有200 J激光驱动器的LICPA加速器中，将4微克金等离子体射弹加速到140 km/s的速度，能量加速效率为15- 19%，这比通常使用的烧蚀加速度至少高出数倍，并且是迄今为止对任何加速到上述速度的射弹测量的最高值。100公里/秒。这一成就为利用中等能量激光创造和研究高能量密度物质状态提供了可能性，也可能对惯性约束聚变的撞击点火方法的发展产生影响。
2017-07-28 physics.plasm-ph
Enhancement of maximum attainable ion energy in the radiation pressure acceleration regime using a guiding structure
辐射压力加速是利用强激光脉冲与固体靶相互作用，获得高最大能量、准单能离子束。需要极高功率的激光脉冲或激光辐射的紧密聚焦。后者将导致出现最大可达到的离子能量，这是由激光群速度和高度受靶的横向膨胀的影响。离子加速只有在靶速度小于激光群速度时才可能。目标的横向膨胀使其对辐射透明，从而降低了加速的有效性。利用外部引导结构来加速激光脉冲可以提供补偿群速度和横向膨胀效应的方式。
2013-10-30 physics.plasm-ph
Reducing ion energy spread in hole-boring radiation pressure acceleration by using two-ion-species targets
该研究提出在孔 boring 辐射压力加速中采用双离子种类靶，通过将快离子分配到更多低电荷束团来抑制纵向电场振荡，数值模拟显示离子束能散可降至 3.7%。
2014-10-19 physics.plasm-ph
Radiation Reaction Effect on Laser Driven Auto-Resonant Particle Acceleration
利用Landau-Lifshitz运动方程研究了辐射反作用力对激光驱动自共振粒子加速方案的影响。这些研究是在静态轴向磁场存在下，对线性和圆偏振激光场进行的。从参数的研究，辐射反应占主导地位的区域已被确定，其中粒子动力学的影响很大，由这个力。在辐射反应占主导地位的区域，可以看到对粒子动力学的两个显着影响，即，(1)初始共振粒子的能量增益饱和，（2）由于共振加宽引起的初始非共振粒子的净能量增益。它已被进一步表明，与最佳选择的参数，该方案可以有效地用于产生电子的能量在数百TeV的范围内。对Landu-Lifshitz运动方程的量子修正也被考虑在内。量子修正的和经典的Landu-Lifshitz方程的粒子的能量增益估计的差异被发现是微不足道的，以及即将到来的激光设施。
2015-07-16 physics.plasm-ph
Highly efficient acceleration and collimation of high-density plasma using laser-induced cavity pressure
本文提出了一种新的稠密等离子体加速和准直方案。在所提出的方案中，放置在引导通道入口处的腔中的靶被通过孔引入腔中的激光束照射，并通过由靶和腔壁膨胀的热等离子体在腔中产生和积累的压力沿着通道加速。利用1.315 μ m、0.3 ns、能量为200 J的激光脉冲和薄CH靶，在2 mm圆柱形导引通道中，对靶产生的前向加速稠密等离子体弹丸进行了有效的导引和准直，其加速能量效率比常规烧蚀加速高一个数量级。
2010-01-05 physics.plasm-ph
Radiation Pressure Acceleration of Ion Beams Driven by Circularly Polarized Laser Pulses
我们目前的实验研究离子加速超薄类金刚石碳（DLC）箔照射的超高对比度激光脉冲能量为0.7 J，聚焦到峰值强度为5*10^{19} W/cm ^2。当激光偏振从线性变为圆形时，观察到电子加热的减少，导致在5.3 nm的最佳箔厚度处的完全电离的碳光谱中的显著峰。二维粒子模拟结果表明，这些C^{6+}离子第一次被激光辐射压力以相位稳定的方式加速。
2009-08-27 physics.plasm-ph
Energy dispersion in radiation pressure accelerated ion beams
本文研究了辐射压力加速（RPA）离子束从薄（固体）靶中射出时的能量色散问题。两种不同的加速方案，即相稳定加速和多级加速，被认为是通过分析建模和一维粒子模拟。我们的调查提供了一个更深入的了解RPA，并让我们得到一些产生单能离子束的准则。
2011-05-24 physics.plasm-ph
Suppressing longitudinal double-layer oscillations by using elliptically polarized laser pulses in the hole-boring radiation pressure acceleration regime
结果表明，采用理论上确定的椭圆偏振激光脉冲，可以在打孔辐射压加速区产生准直性好、粒子数多的单能离子束。由于$\bm{J}\times\bm{B}$效应，双层电荷分离区充满防止离子堆积的热电子，从而抑制双层振荡。Particle-in-Cell模拟结果证实了该机制，并且在抑制纵向双层振荡后，椭圆偏振激光驱动的离子束具有比圆偏振激光驱动的离子束更好的能谱。
2013-01-30 physics.plasm-ph
Collisionless shock acceleration of quasi-monoenergetic ions in ultra-relativistic regime
采用粒子模拟方法，在考虑辐射反作用力和电子对产生的情况下，研究了超相对论激光与等离子体相互作用中碳离子（C $^{6+}$）的无碰撞激波加速.辐射反作用力和对等离子体的形成都倾向于减慢冲击速度，减少加速离子的能量，尽管延长了加速过程的时间尺度。平板等离子体靶实现了较低的能量扩散，而具有定制密度分布的靶产生较高的离子加速能量。
2019-03-25 physics.plasm-ph
Ion acceleration in multispecies targets driven by intense laser radiation pressure
用250太瓦、亚皮秒的激光脉冲，聚焦在靶上，强度达到$3\times10^{20} \Wcm2$，研究了离子从超薄薄膜上的加速。离子谱显示质子和碳的窄带特征的出现在更高的能量（在5-10 MeV/核子范围内）和显着更高的通量比以前报道的峰值。光谱特征，以及它们与激光和目标参数的缩放，提供了光帆模式中辐射压力加速的多物种场景的证据，正如分析估计和二维粒子模拟所证实的那样。缩放表明，单能峰超过100兆电子伏/核子能量是可获得的目标和激光特性，这是在不断的技术发展范围内的适度改进。
2012-07-18 physics.plasm-ph
Towards radiation pressure acceleration of protons using linearly polarized ultrashort petawatt laser pulses
利用超强超短激光脉冲加速粒子是相对论激光等离子体研究中最具吸引力的课题之一。我们报告质子/离子加速的强度范围为5x 1019 W/cm 2至3.3x1020 W/cm 2的线性偏振，30 fs，1 PW的激光脉冲照射在10至100 nm厚的聚合物目标。研究了质子能量与强度和靶厚度的关系。实验首次证明，线性偏振光，从目标正常鞘加速到辐射压力加速的过渡，并显示出最大质子能量为45兆电子伏时，10纳米厚的目标是由3.3 × 1020 W/cm 2的激光强度照射。实验结果进一步支持二维和三维粒子细胞模拟。基于推导出的质子能量标度，具有~ 200 MeV能量的质子束在1.5 × 1021 W/cm 2的激光强度下应该是可行的。
2013-04-01 physics.plasm-ph
Laser acceleration of a thin, inflated layer of heavy material by the radiation pressure applied to a self-generated, imperfect plasma mirror
本文研究了通过辐射压力加到自生的、不完美的等离子体镜（光子吸收概率η有限）上来加速超薄箔以产生高能（多GeV）重离子束。为了评估箔动力学，针对现象学参数η的恒定和相对论不变值，开发了相对论模型。作为所涉及的参数（η、以光速β为单位的目标平均翼速度等）的函数，评估了向物质传递动能的可实现效率。对于初始薄材料圆盘，计算了所产生离子束的期望准直度、相关能量范围、模型在η有限值下的自洽性以及对R-T不稳定性的存活率。
2010-05-25 physics.plasm-ph
Production of sub-gigabar pressures by a hyper-velocity impact in the collider using laser-induced cavity pressure acceleration
利用强冲击波产生高动压是能量密度物理、惯性约束聚变和材料科学的一个高度相关的课题。虽然可以通过各种方法产生的冲击产生数兆巴范围内的压力，但只有通过核爆炸或激光驱动冲击才能达到亚千兆巴或千兆巴范围内的更高压力。然而，目前应用的基于激光的方法中的激光-冲击能量转换效率低，因此，必须使用几千焦耳多束激光来产生这种极高的压力。本文采用二维流体动力学模拟方法研究了激光诱导空腔压力加速（LICPA）机制驱动弹丸撞击固体靶的新型对撞机中高压激波的产生。一个特别注意的冲击参数和激光到冲击能量转换效率的影响的目标材料和激光驱动器的能量的依赖关系。研究发现，在低密度和高密度固体靶的情况下，仅用几百焦耳的激光能量就可以在基于LICPA的对撞机中产生亚千兆巴级的冲击波压力，激光-冲击波能量转换效率可达10%~ 20%，比迄今为止使用的其他基于激光的方法所实现的转换效率高一个数量级。
2017-07-31 physics.plasm-ph
Suppression of transverse ablative Rayleigh-Taylor-like instability in the hole-boring radiation pressure acceleration by using elliptically polarized laser pulses
结果表明，利用椭圆偏振激光可以抑制打孔辐射压加速中的横向类瑞利-泰勒（RT）不稳定性。EP激光器的适度${J}\times{B}$加热将使局部电子热化，这导致离子的横向扩散，抑制RT不稳定性的短波长扰动。对于给定的激光强度和等离子体密度，解析地得到了一个合适的偏振比条件。二维粒子模拟结果证实了这一观点，表明EP激光驱动的离子束比圆偏振激光驱动的离子束更集中、更强。
2014-03-26 physics.plasm-ph
Radiation reaction-dominated regime of wakefield acceleration
本文研究了电子在等离子体尾流场中的横向振荡所产生的辐射-反作用力对电子加速的影响。辐射反应的经典和强量子电动力学（QED）的限制。对于恒定的加速力，我们表明，振幅的振荡的QED参数$χ$在辐射占主导地位的制度，达到平衡值仅由加速场的大小，而平均过感应加速振荡辐射反作用力饱和的值小于加速力，因此是无法防止无限加速。我们找到的参数的电子束和等离子体加速器，达到这样的制度是可能的。我们还研究了在加速过程中的失相和相应的加速力的变化的影响，并得出结论，辐射主导的制度是实现在单级加速与缓慢的失相（通常对应于聚束驱动的等离子体加速器）和多级加速与快速的失相（对应于使用激光驱动的加速器）的情况下。
2021-09-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ion Acceleration by the Radiation Pressure of Slow Electromagnetic Wave
当离子被激光脉冲的辐射压力加速时，它们的速度不可能超过激光群速度，当它小于真空中的光速时。这是证明在两种情况下，对应于薄箔靶照射的高强度激光和钻孔的激光脉冲在扩展的等离子体伴随着无碰撞冲击波的形成。结果表明，在无碰撞冲击波前沿加速的离子束是不稳定的，存在Buneman类不稳定性和Weibull类不稳定性，导致离子能谱展宽。
2012-06-21 physics.plasm-ph
Stabilizing transverse ablative Rayleigh Taylor like instability by using elliptically polarized laser pulses in the hole-boring radiation pressure acceleration regime
结果表明，在打孔辐射压力加速区，椭圆偏振激光可以很好地稳定横向类Rayleigh Taylor不稳定性。激光的$\bm{J}\times\bm{B}$效应将使局域电子热化，并支持离子的横向扩散机制，导致短波长扰动的稳定化，这与初始约束聚变研究中的烧蚀Rayleigh Taylor不稳定性非常相似。在给定激光强度和等离子体密度的条件下，从理论模型中得到了合适的偏振比范围。二维粒子模拟结果证实了椭圆偏振激光驱动离子束的稳定机制，与圆偏振激光驱动离子束相比，椭圆偏振激光驱动的离子束更集中、更强。
2012-12-28 physics.plasm-ph
Picosecond-petawatt laser-block ignition of avalanche boron fusion by ultrahigh acceleration and ultrahigh magnetic fields
氢（质子）与硼同位素11（HB 11）反应产生的聚变能量产生三个稳定的氦核，与DT聚变相比没有核辐射问题。但是，由纳秒激光脉冲驱动的HB 11反应具有热压缩和激光点燃是极其困难的。当用皮秒激光脉冲照射产生具有100倍加速的非热等离子体块点火时，这一点发生了根本性的变化。这使用非线性（有质动力）力，即使在二元反应的悲观假设下，也令人惊讶地产生与DT融合相同的阈值。在评估了由千特斯拉磁场捕获的圆柱形反应之后，并使用测量到的高度增加的HB 11聚变增益来证明次级反应中三个α的雪崩，得出了以具有竞争力的成本获得绝对清洁能源的可能性的结论。
2015-10-26 physics.plasm-ph
Generation of high-energy monoenergetic heavy ion beams by radiation pressure acceleration of ultra-intense laser pulses
通过自洽地考虑电离动力学，提出了一种新的重离子束在激光辐照靶箔时的辐射压加速（RPA）机制。在这种情况下，当高Z原子通过惰性气体构型连续电离时[例如将电子从类氦电荷态$(\text{Z}-2)^+$移到$(\text{Z}-1)^+$ ]，需要激光强度与大的电离能隙匹配。当激光翼区域的靶离子电离到低电荷态并由于不稳定性而经历快速色散时，在激光轴附近实现了高电荷重离子束的自组织、稳定RPA。研究还发现，电离产生的大量电子补充有助于保持稳定的加速度。二维粒子模拟结果表明，在强度为$7\times10^{20}\ \text{W}/\text{cm}^2$的激光作用下，可以得到峰值能量为$1\ \text{GeV}$，能量扩展为$5\%$的单能$\text{Al}^{13+}$光束.
2014-03-26 physics.plasm-ph
Dominance of hole-boring radiation pressure acceleration regime with thin ribbon of ionized solid hydrogen
本文研究了多脉宽脉冲激光作用下新型低温氢靶对质子的加速，并给出了相应的激光参数。结果表明，相对较厚的氢固体带的质子加速效率大大超过了较薄的电离塑料薄膜的加速效率，这是由于在轻离子和较低靶密度的情况下，激光有质动力驱动的穿孔增强所致.三维粒子模拟结果表明，与二维粒子模拟结果相比，在打孔阶段，靶内加速质子的能量增大，而靶后加速质子的能量减小，而靶后加速质子的能量则由准静态电场引起。线性和圆偏振的multiPW激光脉冲的持续时间超过100 fs的质子加速从两个目标的内部，以及从后面的目标方面表现出类似的性能。当采用超短脉冲（$\sim$ 30 fs）时，来自靶内部的加速质子的数量显著减少。
2017-11-21 physics.plasm-ph
Theory of Light Sail Acceleration by Intense Lasers: an Overview
本文简要介绍了超强激光辐射压力驱动的薄箔加速理论。给出了强度在$5 \times 10^{20} \mbox{W cm}^{-2}$附近的辐射压优势的一个简单判据，并讨论了在相对论区域快速获得能量的可能性。
2014-03-25 physics.plasm-ph
On the control of electron heating for optimal laser radiation pressure ion acceleration
我们研究了强激光-固体相互作用中电子加热的发生及其对辐射压力加速离子在打孔和光帆两种情况下光谱质量的影响。二维和三维粒子在细胞（PIC）模拟进行了广泛的激光和目标参数，并揭示了如何脉冲持续时间，轮廓，偏振和目标表面的稳定性控制的电子加热，占主导地位的离子加速机制，和离子光谱。我们发现，强电子加热的发病与前表面的瑞利-泰勒不稳定性的增长，必须加以控制，以产生高质量的离子束，即使采用圆偏振激光。我们定义了一个阈值条件的最大持续时间的激光脉冲，允许缓解电子加热和辐射压力加速窄能量扩散离子束。该模型是通过三维PIC模拟验证，和几个实验研究，报告低能量扩散辐射压力加速离子束出现，以满足派生的标准。我们的工作提供的理解将是重要的，在指导未来的实验发展，例如超短激光脉冲成为可用在国家的最先进的激光设施，我们预测，质子束与~150 - 250 MeV，~30%的能量扩展，和总的激光到质子的转换效率为~20%可以产生。
2022-10-29 physics.plasm-ph
Radiation Pressure Acceleration: the factors limiting maximum attainable ion energy
辐射压加速（RPA）是激光驱动离子加速的一种高效机制，在相对论范围内，激光能量几乎完全转移到离子上。然而，在最大可获得的离子能量上存在基本限制，其由激光的群速度确定。紧密聚焦的激光脉冲具有小于真空光速的群速度，并且由于它们提供RPA制度所需的高强度，因此群速度效应在涉及紧密聚焦脉冲和薄箔的实验中表现出来是合理的。然而，在这种情况下，有限的光斑尺寸效应是重要的，另一个限制因素，目标的横向膨胀，可能会主导的群速度效应。当激光脉冲在通过焦点后衍射时，由于激光的横向强度分布，目标相应地扩展。由于这种膨胀，目标的面密度降低，使其对辐射透明并有效地终止加速。由于实验装置或靶的变形，激光在靶上的偏离垂直入射也将导致建立对最大离子能量的限制。
2016-03-11 physics.plasm-ph
Ion acceleration in "dragging field" of a light-pressure-driven piston
我们提出了一种新的加速方案，结合冲击波加速（SWA）和轻压力加速（LPA）。当由超强激光脉冲的光压力驱动的薄箔在密度不足的背景等离子体中传播时，它就像一个类似冲击的活塞，捕获并反射背景质子到超高能量。与SWA不同，活塞速度不受马赫数的限制，并且可以是高度相对论性的。背景质子可以被捕获，并通过活塞后面的巨大的“拖曳场”势向前反射，这是LPA中没有采用的。我们的一维和二维粒子模拟和分析模型都表明，几十到几百GeV的质子能量可以得到，而在简单的LPA可实现的能量是低于10 GeV。
2013-02-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
"Light Sail" Acceleration Revisited
通过解析建模和粒子模拟研究了超强圆偏振激光脉冲辐射压力加速超薄箔靶的动力学。通过解决自诱导的透明度和电荷分离效应，它示出，对于“最佳”值的箔厚度只有一个薄层在后侧加速辐射压力。简单的“光帆”模型对每个核子的能量给出了很好的估计，但高估了激光能量转化为单能离子的效率。
2009-07-23 physics.plasm-ph
Radiation pressure acceleration of protons from structured thin-foil targets
为了抑制激光与薄膜相互作用中的类Rayleigh-Taylor横向不稳定性，研究了离子的辐射压加速过程。这是通过在目标表面上施加表面和密度调制来实现的。我们还研究了在辐射占主导地位的制度，辐射反应的影响是重要的，从密度调制和结构化的目标离子RPA的功效。我们表明，使用密度调制和结构化的目标和辐射反应效应可以帮助实现高离子能量（在GeV范围内）和较低的能量扩散的双重目标。
2021-11-28 physics.med-ph physics.plasm-ph
Dominance of Radiation Pressure in Ion Acceleration with Linearly Polarized Pulses at Intensities of $10^{21}\textrm{W}\textrm{cm}^{-2}$
提出了一种新的机制，其中采用强度为$10^{21}\textrm{Wcm}^{-2}$的线偏振激光脉冲，其强度比早期预测的低两个数量级[T. Esirkepov等人，物理修订版信函92，175003（2004）]中，离子主要通过辐射压力从双金属箔加速，并且具有单能谱。在该制度中，从钻孔过程中加速的离子迅速赶上由目标法向鞘层加速度（TNSA）加速的离子，然后它们加入到一个单一的束中，经历混合光帆/TNSA加速。在适当的薄膜厚度、激光强度和脉冲宽度之间的耦合条件下，激光辐射压力可以在这种混合加速中起主导作用。二维PIC模拟结果表明，在强度为$10^{21}\textrm{Wcm}^{-2}$的线偏振激光脉冲作用下，可以得到准单能的$10^{21}\textrm{Wcm}^{-2}$光束。
2012-01-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Coherent radiation reaction effects in laser-vacuum acceleration of electron bunches
分析了相干增强辐射反应对亚波长电子束团与强激光相互作用中运动的影响。辐射反作用力表现为激光束方向上的辐射压力，与垂直方向上的粘性力相结合。由于电子束团的库仑膨胀，相干辐射反应效应只发生在束团小于波长的初始阶段。结果表明，这个初始阶段可以有可观察到的效果上的束的轨迹。通过将系统缩放到更大的聚束电荷，这些效应可以增加到这样的程度，即它们可以抑制通常在有质动力加速方案中发现的径向不稳定性，从而使激光真空电子聚束加速到GeV能量的全部潜力成为可能。
2010-04-04 physics.acc-ph physics.atm-clus physics.class-ph
Enhanced laser radiation pressure acceleration of protons with a gold cone-capillary
提出了一种利用金锥-毛细管来提高质子加速的方案，并利用二维粒子模拟方法研究了其中的问题。结果表明，锥形毛细管可以有效地将质子导向和准直到更远的距离，并获得更好的束流质量，其密度$\geq10n_c$、单能峰值能量$E_k \sim 1.51~\mathrm{GeV}$、空间发射度$\sim0.0088~\mathrm{mm}~\mathrm{mrad}$、发散角$θ\sim 1.0^{\circ}$和直径$\sim 0.5\mathrm{μm}$。这种增强主要是由于锥体和毛细管产生的横向电场的聚焦效应，极大地阻止了质子的横向膨胀。与没有毛细管时相比，质子能谱在较长时间内具有稳定的单能峰，发散角接近于$1.0^{\circ}$。此外，还探讨了毛细管长度对加速效率的影响，并得出了最佳毛细管长度。这种靶在惯性聚变的离子快速点火、医学质子治疗等方面有着广泛的应用前景。
2017-01-15 physics.plasm-ph
Stabilized Radiation Pressure Dominated Ion Acceleration from Thin-foil Targets
利用粒子模拟方法研究了辐射压主导的离子加速过程中横向和纵向电子加热效应对靶稳定性和离子谱的影响。当纵向电子温度保持尽可能低时，发生有效的离子加速。然而，考虑到抑制横向不稳定性，需要定制横向电子温度，这可以在加速阶段期间保持靶结构完整更长的持续时间。我们建议使用的表面腐蚀的目标，以增加横向温度，这提高了最终的峰值能量和离子的光谱质量相比，一个正常的平面目标。
2010-06-15 physics.acc-ph physics.med-ph physics.plasm-ph
Charge-state resolved laser acceleration of gold ions to beyond 7 MeV/u
在过去的几年里，由于裂变-聚变核反应机制等有前途的应用思想，激光驱动加速A ~ 200质量范围内的重离子的兴趣一直在增加，旨在产生与天体物理r过程核合成相关的丰中子同位素。在本文中，我们报告的激光加速金离子超过7 MeV/u，超过了第一次的一个重要先决条件，这核反应计划。此外，金离子的电荷状态已被检测到前所未有的分辨率，这使得单个电荷状态的分离高达4 MeV/u。所记录的电荷状态分布显示出显着的依赖于目标箔的厚度和不同的模拟，缺乏一个简单的解释所建立的电离模型。
2021-04-29 physics.plasm-ph
Observation of ion acceleration in nanosecond laser generated plasma on a nickel thin film under forward ablation geometry
在这篇文章中，我们报告观察到的加速离子在一个前向消融几何的50 nm厚的镍膜涂覆在玻璃板下纳秒激光烧蚀。详细的研究与不同的背景压力和激光能量的飞行时间（TOF）光谱的离子和其他中性跃迁等离子体进行。结果表明，不同中性跃迁的飞行时间谱表现出不同的动力学行为（随着背景压力的增加，中性发射的慢峰变得快）。对于离子物质也观察到类似的观察结果。这些观察结果与一些报道的双层概念相似。然而，从加速度计算的电场似乎高得多。随着对离子和中性线观察到的加速，对中性镍线（712.2 nm）观察到光谱形状的显著不对称性以及随着背景压力增加的光谱加宽。这种大的不对称性指示存在于激光产生的等离子体羽流内部的微电场，其可导致离子的连续加速。有趣的是，光谱展宽的不对称性表现出时间和空间依赖性，这表明电场存在于等离子体羽流中，即使持续时间更长，也超过了一个显着的距离。
2020-05-01 physics.plasm-ph
High-Energy and High-Quality Ion beams in Light Sail Acceleration
照射薄固体密度箔的超强激光脉冲原则上可以加速整个箔，因此产生密集的、准直的和准单能的离子束。这些独特的功能，使光帆制度的辐射压力加速一个有前途的加速机制，适用于密集和高通量的离子束的应用。然而，几种不稳定性的发生通常导致箔变形和加热，这导致辐射压力加速阶段的过早终止和离子谱的强烈加宽。在这里，我们表明：（i）之间的关系，可达到的离子能量每核子和发展的不稳定性存在，这样增加的离子能量的结果增加的横向调制效应和，（ii）上述关系可以削弱与适当匹配的激光脉冲箔参数，这样可以产生高能量密集的离子束与高质量的光谱特征。
2020-02-26 physics.plasm-ph
Unlimited Energy Gain in the Laser-Driven Radiation Pressure Dominant Acceleration of Ions
由于薄靶的横向膨胀，强电磁波在辐射压力主导区加速的离子的能量可以大大增强。膨胀减少了辐照区域中加速离子的数量，增加了剩余离子的能量和纵向速度。在相对论极限下，离子相对于电磁波锁相，导致无限的离子能量增益。这一效应和利用最佳激光脉冲波形为大幅度提高激光加速离子的能量提供了一条新途径。
2009-12-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
Radiation Pressure Dominate Regime of Relativistic Ion Acceleration
在超强电磁波与固体物质的相互作用中，电磁辐射压力成为主导，从而波能可以有效地转化为代表该物质的离子能量，并产生高密度超短相对论离子束。即使在当今的技术下，当艾瓦激光器建成时，也可以看到这种机制。作为应用，我们建议激光驱动重离子对撞机。
2004-05-17 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Kinetic study of radiation-reaction-limited particle acceleration during the relaxation of unstable force-free equilibria
许多强大的和可变的伽马射线源，包括脉冲星风星云，活动星系核和伽马射线暴，似乎能够在很短的时间尺度内有效地加速粒子到伽马射线发射能量。这可能是由于电磁能在高度磁化的相对论等离子体中快速耗散所致。为了理解这些过程的一般特征，我们研究了基于不稳定的无力静磁平衡松弛的简单模型。在这项工作中，我们使用自洽包括同步辐射反应的二维粒子模拟，使相应的等离子体动力学和预期的辐射信号之间的连接。我们专注于最低阶不稳定的无力平衡在一个二维周期盒。我们发现，快速的变化，与适度的表观辐射效率，由一个固定的观察者认为，可以产生的不稳定性的演变过程中。“耀斑”伴随着高能量带中偏振度的增加，偏振角迅速变化。此外，对于最高能量粒子，加速位点和同步辐射位点之间的分离促进了超过同步辐射反应极限的加速。我们还讨论了辐射反应的动力学后果，以及该模型的一些天体物理应用。我们目前的模拟与数值上容易处理的参数还不能再现最戏剧性的伽马射线耀斑，例如，来自蟹状星云更高的磁化研究是有希望的，并将在未来进行。
2016-07-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Radiation Pressure Acceleration by Ultraintense Laser Pulses
高强度激光脉冲与固体靶相互作用产生的短脉冲、多MeV离子束的未来应用将需要在转换效率、峰值离子能量、束单色性和准直性方面进行改进。基于辐射压力加速（RPA）的方案可能是在辐射强度下的主导方案，并且最适合于特定应用。由于快速电子产生的抑制，使用圆偏振（CP）脉冲的当前强度已经可以达到该制度，使得RPA在任何强度下都主导鞘加速。我们提出了一个简短的回顾，以前的工作RPA与CP脉冲和一些最近的结果。在一维参数的研究，以确定RPA的最佳厚度的箔目标，并研究短scalelength预等离子体的效果。三维模拟显示了“平顶”径向强度分布对尽量减少薄目标的稀疏和解决角动量守恒和吸收问题的重要性。
2008-08-06 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Monoenergetic proton beams accelerated by a radiation pressure driven shock
由强激光脉冲产生的高能离子束（> MeV）由于其独特的性质（诸如高电荷、低发射度、紧凑性和易于束输送）而有望成为常规离子束源的可行替代方案。通常，加速是由于激光加热的固体箔的快速膨胀，但这通常导致具有大能量扩散的离子束。到目前为止，能量扩散的控制只能以减少电荷和增加复杂性为代价来实现。辐射压力加速（RPA）提供了一种替代途径，以产生激光驱动的单能离子束。在本文中，我们表明，强红外激光与气态氢靶相互作用可以产生小能量扩展（~ 4%）和低本底的质子谱。质子能量与强度密度比（I/n）的关系表明，加速是由辐射压力驱动的临界面打孔产生的冲击波引起的。这些是第一个高对比度的单能束，已从RPA理论化，并使他们非常理想的许多离子束应用。
2010-06-18 physics.plasm-ph
Prospects and limitations of wakefield acceleration in solids
通过近临界等离子体产生高次谐波，在X射线范围内产生相对论强度脉冲的进展，开辟了X射线驱动尾场加速的可能性。激光等离子体相互作用的相似标度律表明，X射线可以驱动固体材料中的尾场提供TeV/cm梯度，导致电子和光子束的持续时间极短。然而，波长减小增强了量子参数$χ$，因此打开了不可缩放物理作用的问题，例如，辐射反应的影响。使用三维粒子在细胞模拟纳入QED效应，我们表明，对于波长$λ=5\,$ nm和相对论振幅$a_0=10$-100，相似性标度保持在很高的程度，结合$χ\sim 1$操作已经在中等$a_0\sim 50$，导致光子发射的能量与电子能量相当。与产生具有高能量的光子相反，在X射线波长处（与在光学波长处相比）光子发射的降低的频率导致通过辐射反应从电子群移除的能量的量的减少。此外，当发射频率接近激光频率时，与在光学波长下的$a_0$相比，作为耗尽机制的辐射反应俘获的重要性降低，导致类似的$χ$。
2017-09-07 physics.plasm-ph
Efficient injection of radiation-pressure-accelerated sub-relativistic protons into laser wakefield acceleration based on 10 PW lasers
我们提出了一种混合激光驱动的离子加速方案，使用固体箔和密度定制的背景等离子体的组合目标。在第一阶段，强激光与固体薄膜相互作用中的辐射压加速可产生亚相对论质子束。在第二阶段，该次相对论质子束被进一步加速的激光尾流场驱动的相同的激光脉冲在近临界密度的背景等离子体密度下降的轮廓。在第二阶段开始时，激光波前的传播速度和激发尾场波的相速度被有效地降低。通过沿激光传播方向从临界密度附近逐渐降低背景等离子体密度，尾流在加速质子的同时行进得越来越快。因此，质子和尾流之间的退相被推迟，并且实现有效的尾流场质子加速。这种混合激光驱动质子加速方案可以通过使用峰值功率为10 PW的超短激光脉冲产生多GeV质子束来实现。
2018-06-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Physical mechanism of the transverse instability in radiation pressure ion acceleration
靶的横向稳定性是利用激光辐射压力加速（RPA）机制获得高质量离子束的关键。在这封信中，一个理论模型和支持二维（2D）粒子在细胞（PIC）模拟，以澄清在RPA过程中观察到的横向不稳定性的物理机制。结果表明，靶箔的密度波动主要是由横向振荡电子与准静态离子之间的耦合引起的，这一机制类似于惯性约束聚变（ICF）研究中的横向双流不稳定性。理论预测的模式结构和增长率与PIC模拟结果在不同的制度，表明该模型包含的基本物理的本质的横向分裂的目标。
2016-03-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Thermal fluid closures and pressure anisotropies in numerical simulations of plasma wakefield acceleration
本研究针对含无碰撞粒子动力学与显著热效应的等离子体尾场加速过程，通过对比不同热闭合假设的流体模型与PIC模拟在不同温度、振荡振幅下的结果，探究压力各向异性特性以判别适用的热流体模型。
2024-09-16 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Radiation pressure acceleration of high-quality ion beams using ultrashort laser pulses
产生紧凑的高能离子束是强激光与物质相互作用最有前途的应用之一，但束流光谱质量的控制仍然是一个突出的挑战。我们表明，在辐射压力加速薄的固体目标的电子加热的发病是由在前表面的瑞利-泰勒样不稳定性的增长，必须加以控制，以产生高光谱质量的光帆制度的离子束。的不稳定性的增长率施加的激光脉冲的持续时间和强度的上限，以实现高光谱光束质量，我们证明，在此最佳制度下，每个核子的最大峰值离子束能量是独立的目标密度，成分，和激光能量（横向光斑尺寸）。我们的预测验证了二维和三维粒子细胞模拟，这表明，最近和即将到来的实验设施，使用超短（$\lesssim 25$ fs）激光脉冲，它是可能的生产$100 - 300$兆电子伏的质子束与$\sim 30\%$能量扩散和高的激光到质子的能量转换效率。
2022-06-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
On radiative damping in plasma-based accelerators
分析了等离子体基电子加速器中的辐射阻尼。研究了在恒定加速力和经典辐射反作用力共同作用下的电子动力学。结果表明，电子加速不受辐射反应的限制。如果一开始加速力比辐射反作用力强，那么电子加速是无限的。否则，电子会被辐射阻尼减速到某个时刻，然后无限加速。无论初始条件如何，电子的无限时间渐近行为都由提供无限加速度的自相似解控制。辐射阻尼引起的相对能量扩散在无限时间内随时间减小。
2012-05-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
On the Acceleration of the Young Solar Wind from Different Source Regions
本文利用帕克太阳探测器数据研究不同源区年轻太阳风加速，发现质子压差异主导风速差异，并用双流体模型再现观测，提出阿尔文波可能对快速冕洞风加速有贡献。
2024-10-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Stochastic Ion Acceleration by the Ion-cyclotron Instability in a Growing Magnetic Field
利用一维和二维的粒子模拟方法，对具有不断增长的磁场$\vec{B}$的等离子体进行了模拟。随着$\vec{B}$的增长，由于离子磁矩的绝热不变性（$p_{||,i}$和$p_{\perp,i}$是平行于和垂直于$\vec{B}$的离子压力），离子压力各向异性$p_{\perp,i} > p_{||,i}$出现。当初始为$β_i = 0.5$（$β_i \equiv 8πp_i/|\vec{B}|^2$，其中$p_i$是离子各向同性压力）时，压力各向异性主要受到由IC不稳定性提供的非弹性俯仰角散射的限制，这进而在离子能谱中产生非热尾部。在$\vec{B}$被因子$\sim 2.7$放大之后，该尾部可以近似为指数的幂律$\sim 3.4$加上两个非热凸块，并且解释了离子的$2-3\%$和它们的动能的$\sim 18\%$。相反，当初始$β_i =2$时，离子散射由镜面不稳定性主导，并且加速被抑制。这意味着有效的离子加速需要最初的$β_i \lesssim 1$。尽管我们关注的是$\vec{B}$被等离子体剪切放大的情况，但我们检查了如果$\vec{B}$因等离子体压缩而生长，加速也会类似地发生。我们的结果是有效的，在亚相对论制度中，离子的热能是$\sim 10\%$的离子静止质量能量。因此，这种加速过程可能与黑洞周围低光度吸积流的内部区域有关。
2019-03-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The role of oxygen and surface reactions in the deposition of silicon oxide like films from HMDSO at atmospheric pressure
本文研究了用六甲基二硅氧烷（HMDSO）和氧气混合气体的大气压微等离子体射流沉积SiO $_x$ C $_y$ H $_z$或SiO $_x$ H $_y$薄膜以及表面反应在薄膜生长中的作用。两种类型的微等离子体射流，一个与平面电极和氦气中操作，另一个与同轴几何操作在氩气中，被用来研究沉积过程。膜的生长速率和膜中的碳含量被测量为平面射流中的O $_2$和HMDSO混合物的函数，并与HMDSO消耗的质谱测量进行比较。此外，本地化的性质的喷射基板相互作用被用来研究表面反应，通过施加两个射流在旋转基板上。向气体混合物中添加氧气增加HMDSO耗尽和生长速率，并导致无碳膜的沉积。表面反应负责从生长的膜中去除碳。此外，当用氩气操作的同轴射流用于表面处理时，甚至在不添加氧气的情况下也可以沉积无碳膜。我们假设，离子或激发物种（可吸收）可能是负责观察到的效果。
2011-09-22 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Quantifying the Energy Budget in the Solar Wind from 13.3-100 Solar Radii
本研究利用PSP粒子与磁场观测及径向分箱、快速径向扫描，量化质子压力、电势和波动压力对13.3–100 RS太阳风加速的能量贡献。
2023-05-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
