Laser-driven collimated tens-GeV monoenergetic protons from mass-limited target plus preformed channel
研究了超强激光脉冲辐照截面小于光斑尺寸的抛物型密度通道靶对质子的加速。靶将激光分成两个平行的传播部分，这两个部分沿着它们的路径对背面等离子体电子进行雪犁，从而在它们之间的间隙中产生两个相邻的平行尾流和强烈的返回电流。被捕获在尾流场中的辐射压力预加速的靶质子现在经受准静态尾流静电场和磁场的加速以及准直。粒子模拟结果表明，在9.8 *10^21 W/cm 2的圆偏振激光脉冲作用下，可以实现稳定的长距离加速，产生峰值能量> 10 GeV、发散角<2 °的30 fs单能离子束。
2011-12-08 physics.plasm-ph
New class of self-similar solutions for vacuum plasma expansion admitting mono-energetic ion spectra
我们报告一类新的自相似解决方案等离子体膨胀到真空中，允许准单能离子光谱。一个简单的分析模型考虑到外部控制的热电子随时间变化的温度。当激光的时间轮廓被适当地定制时，等离子体的准中性自相似膨胀导致在相空间中的离子浓度以特定的速度，从而产生准单能谱。我们证明了这一分析预测使用一维粒子在细胞（PIC）模拟的时间依赖性的等离子体温度是由两个激光脉冲在一个合适的时间延迟拍摄在箔控制。
2007-11-26 physics.acc-ph 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
Temporal and spatial expansion of a multidimensional model for electron acceleration in the bubble regime
本文导出了一个扩展的等离子体尾流场（气泡或吹出区）中粒子动力学的解析模型。最近提出的分段模型（Kostyukov等人，新物理杂志，{ \bf 12}，045009（2010））被概括为包括时间依赖的气泡半径和加速方向上的全场解。在模型中加入空腔动力学是正确模拟粒子捕获所必需的。另一方面，它表明，以前报道的分段模型不再现形成的单能量峰的粒子光谱。只有当模型中包含了完整的纵向场梯度时，才能恢复单能电子束。
2013-04-08 physics.plasm-ph
High Energy electron and proton acceleration by circularly polarized laser pulse from near critical density hydrogen gas target
本研究利用三维粒子模拟方法模拟了拍瓦级圆偏振短脉冲激光与近临界密度氢靶相互作用过程中的准单能电子和质子加速。数值计算表明，在先进的高功率激光装置（如ELI-ALPS）上，通过控制激光和靶参数的选择，高能电子和质子可以在实验中被显示出来。我们详细介绍了加速机制中涉及的微观物理学，这需要研究等离子体密度梯度、等离子体密度和靶厚度的作用。描述了自生等离子体电场和磁场对质子能量和密度分布的影响。我们数值研究了激光驱动质子加速，其中能量超过200 MeV的高能质子，电荷超过10 nC，转换效率超过6%（这意味着40 J入射激光能量中的2.4 J质子束）。此外，有趣的是，我们首次从模拟研究中展示了由圆偏振激光驱动的准单能环形电子束，这可能被证明对基于等离子体的X射线源和正电子束的准直有用。
2018-01-24 physics.plasm-ph
Quasi mono-energetic, relativistic electron acceleration in a femtosecond, high intensity laser excited solid magnet
Indian Institute of Technology Delhi（印度理工学院德里分校）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
研究超强激光与磁化过密等离子体相互作用，通过粒子模拟等方法，产生准单能电子，揭示电子伯恩斯坦波作用，实验证明其可行性，为高能密度等离子体系统提供新的粒子加速和能量沉积范式。
2026-07-08 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Robust direct laser acceleration of electrons with flying-focus laser pulses
针对高密度等离子体中直接激光加速受非线性传输效应干扰的问题，本研究采用超光速飞焦脉冲抑制该效应，经三维粒子模拟验证，其在高能电子产额、截止能量及X射线性能上均显著优于同能量强度的高斯脉冲，为激光-等离子体相互作用调控提供新途径。
2025-10-29 physics.plasm-ph
Analytic model of the energy distribution function for highly energetic electrons in magnetron plasmas
本文分析了一种情况，这是常见的磁化技术等离子体，如直流磁控管放电和HiPIMS系统，其中次级电子进入等离子体后，在阴极下降加速，遇到一个几乎均匀的体积。热电子的分布函数的解析计算，这些被描述为一个最初的单能束，通过库仑碰撞与麦克斯韦分布的散装（冷）电子，并通过非弹性碰撞与中性粒子减速。虽然这个解析解是基于一个稳态的假设，比较的特征时间尺度表明，它可能适用于各种实际的时间依赖性放电，它可以用来引入动力学效应到模型的基础上的麦克斯韦电子的假设。结果进行了验证的参数适当的HiPIMS放电，通过时间依赖性和全动力学的数值计算。
2015-01-07 physics.plasm-ph
Target shape effects on monoenergetic GeV proton acceleration
圆偏振激光脉冲与薄膜靶相互作用时，可分为预打孔、打孔和光帆加速三个阶段。我们研究了第一阶段的电子和离子动力学，并找到了给定激光强度的最小箔厚度要求。基于此分析，我们建议使用一个形状的箔离子加速，其厚度横向变化，以匹配激光强度。然后，目标演化为三个区域：加速度区域、透明区域和变形区域。在加速区域中，靶可以被均匀地加速，从而产生单能且空间准直的离子束。详细的数值模拟进行检查该计划的可行性和鲁棒性，如形状因子和表面粗糙度的影响。在三维粒子模拟中，当激光脉冲聚焦强度为1022 W = cm ~ 2时，观察到了GeV单能质子束流。激光脉冲到加速质子束的能量转换效率大于23%。在相互作用中还检查了同步辐射和阻尼效应。
2009-06-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Modulational instability of a Langmuir wave in plasmas with energetic tails of superthermal electrons
研究了超热电子对各向同性等离子体色散特性和单色朗缪尔波调制不稳定性的影响，其中电子分布函数的幂律尾扩展到相对论速度，并包含了等离子体的大部分动能.这样一个充满活力的尾巴的电子被示出，以增加热校正的朗缪尔波频率，这是相当于在流体的方法中的有效电子温度的增加，几乎没有影响的离子声波的分散，其中温度的作用是由低能量的核心电子的热扩散发挥。研究还发现，与平衡态相比，非麦克斯韦等离子体的调制不稳定性谱明显变窄，而最大增长率和相应的波数不变。
2012-11-19 physics.geo-ph physics.plasm-ph
Enhanced collimated GeV monoenergetic ion acceleration from a shaped foil target irradiated by a circularly polarized laser pulse
采用多维粒子模拟方法，研究了1022 W/cm ^2圆偏振激光脉冲辐照下金属箔的离子加速过程。当箔最初在横向方向上成形以匹配激光强度分布时，与通常的平坦靶相比，靶的中心部分可以均匀加速更长的时间。有效地抑制了靶变形和不期望的等离子体加热。加速离子束的最终能谱得到显著改善。准直GeV准单能离子束携带多达18%的激光能量的观察在多维模拟。辐射阻尼效应也检查在模拟中。
2009-03-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy-chirp compensation of laser-driven ion beams enabled by structured targets
我们表明，使用3D模拟，产生密集的单能激光驱动的离子束与低角发散的挑战，可以克服利用结构化的目标与相对论透明的通道和过密壁。与产生啁啾离子束的均匀靶相比，靶结构促进密集电子束团的形成，该电子束团的纵向电场反转能量啁啾。这种方法与现有的加速机制结合使用，增强了离子谱。例如，我们的3D模拟预测了峰值强度为$5 \times 10^{22}$ W/cm $^2$的2 PW激光脉冲的显著改善。模拟示出了在200 MeV的高度期望的能量范围内的单能质子峰，具有几nC的前所未有的电荷和低于10 $^{\circ}$的相对低的发散。
2022-08-04 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Highly collimated electron acceleration by longitudinal laser fields in a hollow-core target
由激光直接加速产生的电子束的显著角发散通常被认为是该机制的固有负面特征。然而，发散的出现主要是因为标准方法依赖于横向电子振荡及其与激光脉冲的横向电场的相互作用。我们提出了一种概念上不同的方法，直接激光加速，利用纵向激光电场，是目前在一个紧密聚焦的激光束。一个结构化的空心目标是用来增强纵向场，并保持他们在一个距离远大于瑞利长度通过引导激光脉冲。电子被横向激光电场注入通道，然后被脉冲向前加速，产生电子流。来自该电子群体的电场和磁场的力相互补偿，从而在没有强回复力的情况下产生有利的构型。我们使用二维粒子模拟的细胞，以证明一个低发散高能电子束的开口角小于5 $^\circ$，可以在这种配置中产生。大部分能量通过纵向激光电场转移到电子，并且给定足够的加速距离，可以在不牺牲准直的情况下实现超有质动力能量。
2018-07-21 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Quasi-monochromatic bright gamma-ray generation from synchronized Compton scattering via azimuthal spatial-temporal coupling
高能电子与强激光脉冲碰撞时，通过逆康普顿散射（ICS）可以产生高能光子。激光等离子体加速器的发展使来自激光尾流场加速器的电子与等离子体反射镜反射的高功率驱动脉冲发生碰撞，从而有望获得紧凑的全光学γ射线源。然而，光学聚焦定律阻碍了在这种情况下实现高光子产额和单色光谱。我们提出了一个方位角的空间-时间尺度，利用螺旋抛物几何的焦场强度从激光光斑的大小。它将驱动激光束分解成具有几乎相同发散角和焦深的脉冲训练，在优化的线性区域中创建同步ICS。该方案解决了高效率和窄能散之间的矛盾，有利于使用超过相对论场强的高功率激光产生单色伽马射线。
2022-02-15 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
