Coherent Acceleration of Magnetized Ions by Electrostatic Waves with Arbitrary Wavenumbers
本文研究了在均匀磁场B0中离子与两个静电波相互作用的相干加速问题。这是先前对垂直于B0传播的波的分析的推广，以包括沿B0的波数的影响。Lie变换技术被用来开发描述离子运动的微扰理论，并与完整的运动方程的数值解的结果进行比较。当多普勒频移波频率相差离子回旋频率的近整数倍时，发生相干振荡。当两个波的平行波数的差异增加时，离子的相干散射被限制在相空间的一小部分。讨论了离子的散射及其与波参数的关系。
2003-07-02 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
Laser acceleration of highly energetic carbon ions using a double-layer target composed of slightly underdense plasma and ultrathin foil
我们报告的实验产生高能量的碳离子高达48兆电子伏每核子的拍摄双层靶组成的良好控制的轻微欠密等离子体（ESTA）和ESTA箔与超强飞秒激光脉冲。粒子模拟结果表明，由于箔片前面的屏蔽层的存在，碳离子在屏蔽层中依次经历辐射压加速和长时间鞘场加速。这种加速方案特别适用于飞秒激光脉冲对重离子的加速。在高重复频率下，重离子能量突破数十MeV/u将能够引发核物理、能量密度物理和医学物理的重大进展。
2018-01-31 physics.plasm-ph
Heavy ion acceleration in the Breakout Afterburner regime
本文对亚皮秒激光辐照下重离子在厚20 nm金箔上的加速进行了理论研究。使用二维粒子模拟，我们确定了两个高效的离子加速方案。通过改变激光脉冲的持续时间，我们观察到从辐射压力加速到类似于轻离子的爆发加力状态的过渡。基础物理和离子加速机制与轻离子相似，然而，加速过程的细微差别使重离子的加速更具挑战性。两个激光系统进行了详细研究：得克萨斯州拍瓦激光器和三叉戟激光器，前者具有脉冲持续时间180 fs，非常短的飞秒脉冲和皮秒脉冲之间的中间。两种激光系统都产生了定向金离子束（约10度半角），其通量超过1011离子/sr，归一化能量>10 MeV/核子。
2015-11-24 physics.plasm-ph
Motion of the Plasma Critical Layer During Relativistic-electron Laser Interaction with Immobile and Comoving Ion Plasma for Ion Acceleration
在相对论电子激光-等离子体相互作用体系（$a_0>1$）中，我们分析了两种不同过程下等离子体临界层的运动。当临界层离子是静止的，而不是当他们与它一起移动时，突出的差异。控制在这种制度下的等离子体临界层的速度是必不可少的创建低$β$行进加速结构的激光离子加速器（LIA）的足够的激光激发电位。在相对论诱导透明加速（RITA）方案中，重等离子体离子是固定的，只有痕量密度的轻离子被加速。相对论临界层和加速结构在激光诱导透明过程中通过电子质量的相对论性增加而纵向前移。在辐射压力加速（RPA）方案中，整个等离子体在激光辐射压力的作用下被纵向向前推动，这只有当等离子体离子与激光前沿共同传播时才可能。在RPA中，加速结构的速度除了取决于激光强度和等离子体密度之外，还取决于等离子体-离子质量。在RITA中，重的不动等离子体离子的质量不影响临界层的速度。RITA中裸露的固定离子的惯性激发电荷分离电位，而RPA在离子静止时是不可能的。
2014-03-31 physics.plasm-ph
Axial momentum gains of ions and electrons in magnetic nozzle acceleration
利用全动力学方法对磁喷嘴加速过程进行了数值模拟，研究了静电力和洛伦兹力作用下离子和电子的轴向动量增益。每个离子和电子的轴向动量增益是直接从带电粒子的动力学计算的，表明磁性喷嘴中的电子即使被静电力减速也通过洛伦兹力获得净轴向动量。虽然离子也被静电力加速，但电子的轴向动量增益随着磁场强度的增加而显著增加，并且在磁性喷嘴中成为主导。此外，还清楚地表明，电子轴向动量增益是由于电子动量从径向转换到轴向，导致推力和排气速度显著增加。
2021-04-20 physics.plasm-ph
Laser-driven Collisionless Shock Acceleration of Ions from Near-critical plasmas
本文概述了在近临界密度CH和He等离子体中，分别由1 μ m（Omega EP）和10 μ m（UCLA Neptune Laboratory）激光驱动的静电无碰撞冲击波加速窄能散离子束的实验和数值结果。CH靶中的冲击波产生高能50 MeV质子（能量扩散<30%）和314 MeV C6+离子（能量扩散<10%）。质子和碳离子加速到相似速度的观测结果与激波前沿运动势的粒子反射一致。对于CO_2激光驱动的气体射流冲击波，在He离子谱中检测到30MeV的峰值。粒子在细胞模拟表明，无论目标的密度分布的进一步控制是需要的加速离子束的部分能量扩散，产量和最大动能的优化。
2020-06-12 physics.plasm-ph
Anisotropic "charge-flipping" acceleration of highly charged ions from $(N_2)_n$ clusters in strong optical fields
利用二维飞行时间谱研究了分子团簇$(N_2)_n$（$n$ =50-3000）在强光场中的分解。非常高电荷的离子形成具有双组分能量分布。低能、各向同性的成分与库仑爆炸有关。由“电荷翻转”加速机制产生的高能各向异性成分产生能量超过库仑极限的离子。
2003-03-20 physics.atm-clus physics.plasm-ph
On the ions acceleration via collisionless magnetic reconnection in laboratory plasmas
这项工作提出了一个分析的离子流出磁重联在整个完全动力学模拟与典型的实验室等离子体值。在电流片上考虑了密度和磁场的对称初始配置。在分析了一组九个模拟的行为与减少的质量比和置换值的三个初始电子温度和磁场强度，最佳的离子加速方案进一步研究了与现实的质量比的离子动力学和能量预算。有趣的是，一系列的冲击波结构中观察到的流出，类似于最近的磁流体动力学（MHD）模拟中发现的激波不连续性。在几个距离的重联点的离子流出的分析，根据可能的实验室应用。分析表明，磁重联可用作等离子体加速的工具，其应用范围从电推进到离子热束的产生。
2016-10-28 physics.plasm-ph
Re-acceleration of Energetic Ions via Small-Scale Reconnection in Magnetic Fusion Plasmas
ENN Science and Technology Development Co., Ltd.（新奥科技发展有限公司）；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Southwestern Institute of Physics（西南物理研究院）
研究发现，通过小尺度磁重联可稳定加速注入的高能离子，其能量可达注入能量的2.5倍，且不引发大规模MHD爆发，为未来聚变堆辅助离子加热提供新途径。
2026-05-15 physics.plasm-ph
Test Ion Acceleration in the Field of Expanding Planar Electron Cloud
得到了新的精确结果的相对论加速的测试正离子在非玻尔兹曼层流区的平面电子鞘演变从最初的单能电子分布。电子动力学分析的背景下，静止的箔离子。加速离子的极限γ因子主要由离子-电子荷质比和加速电子的初始γ因子的值决定：这两个量之间存在一个临界关系，它决定了离子是否能超过以初始电子速度移动的电子前沿。它被证明，在现实中的质子和较重的测试离子永远无法赶上电子前，为他们的最大能量的一个适当的中间渐近公式推导。对层流区结果的适用范围进行了详细的分析。
2006-08-15 physics.plasm-ph
Heavy ion acceleration using femtosecond laser pulses
对短脉冲激光照射超薄（<200 nm）金箔的重离子加速进行了理论研究。采用二维粒子模拟方法研究了激光子弹的时间历程，以深入了解激光能量沉积和离子加速过程。对于强度为32 fs、焦斑尺寸为5 mkm、能量为27 J的激光脉冲，计算出的20 nm薄膜的反射系数、透射系数和耦合系数分别为80%、5%和15%。转换成金离子的效率为8%。已经确定了两个高度准直的反向传播离子束。正向加速金离子的平均荷质比和最大荷质比分别为0.25和0.3，最大归一化能量和通量分别为25 MeV/核子。使用分析模型来确定适合于在辐射压力加速机制中加速金离子和目标正常鞘层加速机制的开始的箔厚度范围。数值模拟和分析模型指出了阻碍重离子加速的至少四个技术挑战：低荷质比，有限数量的离子适合加速，延迟加速和等离子体的高反射率。最后，一个政权适合重离子加速已被确定在一个替代的方法，通过分析能量吸收和参与物种之间的分布和缩放的转换效率，最大能量，和通量与激光强度。
2015-11-24 physics.plasm-ph
Ion shock acceleration by large amplitude double layers in laser-produced plasmas
建立了激光等离子体中离子冲击加速的动力学模型。一小部分的温暖的离子被加速的大振幅的单调电位的双层创建由于等离子体压缩和电子加热的激光。发现大振幅双电层的振幅几乎唯一地由电子温度定义。因此，电子加热和等离子体压缩之间的平衡是必要的最佳离子加速通过该方案。典型的单调激波的马赫数接近1.5。该方案可能产生相对能量分布小于1%的单能离子。该模型与最近的模拟和实验，有效的冲击加速和生产的单能质子已被观察到。与其他冲击模型的相似之处和不同之处进行了指出和讨论。
2014-02-21 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
Super-Heavy Ions Acceleration Driven by Ultrashort Laser Pulses at Ultrahigh Intensity
利用超短脉冲（几十飞秒）激光从等离子体中加速超重离子（SHIs）是一个极具挑战性的课题，有待于突破。电离过程的检测和控制以及最佳加速方案的采用是高能SHIs产生的关键。在这里，我们报告的实验结果产生的深度电离的超重离子（金）与前所未有的能量为1.2 GeV，利用超短激光脉冲（22 fs）在10^22 W/cm 2的强度。提出了一种新的自校准诊断方法，用于测量Au离子的绝对能谱和电荷态分布。由2D粒子模拟支持的测量的电荷态分布作为检查与SHI加速相关的电离动力学的额外工具，揭示了激光强度是在脉冲持续时间内加速Au离子的关键参数。双层靶的使用在不牺牲加速场强度的情况下延长了加速时间，这对高能超重离子的产生非常有利。
2021-04-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Acceleration of Heavy Ions at Non-Relativistic Collisionless Shocks
本研究通过二维混合模拟探究非相对论无碰撞激波中重离子的扩散激波加速过程，发现重离子优先加速、可放大磁场并增强强子辐射，为天体物理激波建模提供了新依据。
2025-10-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Investigating particle acceleration dynamics in interpenetrating magnetized collisionless super-critical shocks
碰撞无碰撞激波出现在各种各样的天体物理现象中，被认为是宇宙中粒子加速的可能来源。我们以前研究过单个超临界激波（其磁声马赫数高于临界值2.7）（Yao等人，2021，2022）以及两个亚临界激波碰撞（Fazzini等人，2022）引起的粒子加速。在这里，我们建议对来自互穿超临界冲击的加速粒子进行测量，以观察这种事件的“锁相效应”（Fazzini et al. 2022）。与单一超临界无碰撞冲击相比，这种效应预计将显著提高能量化离子的能谱。因此，我们预计，在拟议的实验中获得的结果可能会对我们理解宇宙中粒子的离子加速的一种主要来源（热离子的加速，而不是已经充满能量的离子的二次加速机制）产生重大影响。
2022-08-12 physics.plasm-ph
Chirped standing wave acceleration of ions with intense lasers
我们提出了一种新的机制，离子加速的基础上引导运动的电子从薄靶。电子的运动被锁定到由啁啾激光脉冲从目标后面的反射镜反射形成的驻波的移动节点。这提供了电荷分离的稳定纵向场，从而引起层的残余离子的啁啾驻波加速（CSWA）。我们证明，无论是分析和数值，准单能离子束的顺序为100兆电子伏的能量是可行的，为现实的脉冲能量为10 J。此外，更高的激光强度和层密度的标度律，表明稳定的GeV级的能量增益的密集的离子束，即将成为可用的激光强度。
2016-08-31 physics.optics physics.plasm-ph
Optimized laser ion acceleration at the relativistic critical density surface
在实现高能离子束的超短激光脉冲与等离子体的相互作用的努力，体积加速机制超过目标正常鞘加速已经得到了关注。相对论强度的激光可以使近临界密度的等离子体缓慢透明，从而促进离子在运动的相对论临界密度前沿的同步加速。虽然模拟承诺极高的离子能量在这个制度，挑战在于实现的超相对论激光脉冲（$a_0\gtrsim 30$）驱动的反射相对论电子前沿和最快的离子，这对激光和等离子体参数施加了一个狭窄的参数范围的同步运动。我们提出了一个分析模型的相关过程，证实了广泛的参数模拟研究在1D和3D几何形状。通过对脉冲宽度等离子体前沿密度分布的泰勒化，可以优化质子加速性能，并在相对论密度面上扩展有效离子加速的参数空间范围。
2022-01-24 physics.plasm-ph
Vlasov modelling of laser-driven collisionless shock acceleration of protons
采用欧拉-伏拉索夫-麦克斯韦方法研究了高强度短脉冲激光与中等过密等离子体靶相互作用的离子加速问题。研究了等离子体密度分布和激光脉冲参数变化的影响，分析了无碰撞激波和靶鞘层法向加速度的相互作用。结果表明，使用的分层目标与轻和重离子的组合，分别在前面和后面，产生强的准静态鞘场的背面的重离子部分的目标。这种鞘场增加了冲击加速离子的能量，同时保持了它们的单能性。
2016-04-16 physics.plasm-ph
Effective production of gammas, positrons, and photonuclear particles from optimized electron acceleration by short laser pulses in low-density targets
电子加速已被优化的基础上的3D PIC模拟的短激光脉冲与低密度等离子体靶相互作用，以找到脉冲传播制度，最大限度地提高高能量电子束团的电荷。这种机制对应于激光脉冲在自陷模中的传播，其中衍射发散由相对论非线性平衡，使得在轴上的相对论自聚焦不会发生，并且激光束半径在等离子体中的脉冲传播期间在许多瑞利长度上保持不变。如果脉冲长度大大超过等离子体波长和脉冲宽度两者，则对于近临界密度发生这样的制度。电子加速发生在充满高频激光场和纵向静电单循环场的移动腔中（“自陷区”）。蒙特卡罗模拟证明了高电子产额，可以有效地产生伽马辐射，电子-正电子对，中子，甚至π介子从捕捉器目标。
2019-09-13 physics.plasm-ph
Self-acceleration and energy channeling in the saturation of the ion-sound instability in a bounded plasma
在一维粒子模拟中，揭示了束缚离子束-等离子体系统中Pierce型离子声不稳定性饱和的一种新机制。研究发现，不稳定性的饱和是由振荡的虚阳极电位结构介导的。周期性振荡的势垒将入射束离子分成两组。一种成分形成超声束，该超声束被加速到超过初始冷离子束的能量的能量。另一个组成部分是组织作为一个自洽的相空间结构的捕获离子具有广泛的能量传播-离子空穴。被捕获在孔中的离子的有效温度（能量扩散）低于初始束能量。在最后阶段，离子空穴在整个系统长度上扩展。
2020-04-16 physics.plasm-ph
Coulomb implosion mechanism of negative ion acceleration in laser plasmas
提出了激光等离子体中负离子加速的库仑内爆机制。当强激光脉冲辐照团簇靶时，带正电的离子发生库仑爆炸，带负电的离子被向内加速。负离子的最大能量比正离子低几倍。对库仑内爆机制进行了理论描述和Particle-in-Cell模拟，并给出了强激光脉冲与团簇靶相互作用实验中负离子加速的证据。
2008-12-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Preferential acceleration of heavy ions in magnetic reconnection: Hybrid-kinetic simulations with electron inertia
本研究使用包含电子惯性的二维混合动力学模型模拟磁重联，探讨了重离子的优先加速与丰度增强机制，发现重离子在磁通堆积区被高效加速且能谱呈现非热特征，丰度增强因子随荷质比呈幂律标度。
2025-07-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
The Acceleration of Ions in Solar Flares During Magnetic Reconnection
太阳耀斑离子在磁重联过程中的加速是通过自洽地跟随质子和$α$粒子的运动的粒子模拟来探索的。我们证明了主导离子加热过程中的引导场（垂直于重联平面的磁分量）的结果从拾取行为在进入重联排气。与反平行重联相反，温度增量主要横向于局部磁场，而不是平行于局部磁场。质子和α的比较揭示了拾取行为中的质荷比（$M/Q$）阈值，该阈值有利于加热高$M/Q$离子而不是质子，这与脉冲耀斑观测结果一致。
2011-10-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Direct Acceleration of Ions With Variable-frequency Lasers
提出了一种在真空中产生单能、高质量离子束的方法，该方法通过两个反向传播的可变频率激光器的电磁场直接加速：离子被捕获并通过具有可变相速度的拍波结构加速，允许通过调谐频率变化来精细控制束的能量和电荷。用一维理论描述了离子束的物理机制，为离子束的相关特征提供了捕获和标度律的一般条件。二维，电磁粒子细胞模拟，其中氢气被认为是一种离子源，确认的有效性和鲁棒性的方法。
2008-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Phase-stable limited relativistic acceleration or unlimited relativistic acceleration in the laser-thin-foil interactions
为了阐明相稳定加速度（PSA）和无限相对论加速度（URA）之间的关系（物理评论快报）。104，135003（2010）），基于流体动力学方程，提出了超强激光与纳米箔相互作用的分析相对论模型。离子动量对时间的依赖性与以前的结果是一致的，并通过PIC模拟检查。根据初始离子动量的不同，相对论RPA包含两个加速过程：相位稳定的有限相对论加速（PS-LRA）和URA。在PS-LRA中，电势是捕获离子的深阱。离子前沿，即，底部，将其分为两部分：左半区为PSA区，右半区为PSD区，在PSD区中，离子爬升并减速返回。在PS-LRA中，最大离子能量是有限的。如果初始离子动量足够大，离子将经历一个势下坡，坠入无底深渊，这就是所谓的类锁相位置。URA不再是相稳定的。在类锁相位置，离子可以获得无限的能量增益，离子密度不为零。你不能同时拥有PSA和URA。
2011-03-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Charge proportional and weakly mass-dependent acceleration of different ion species in the Earth's magnetotail
能量从几十keV到几百keV的高能粒子经常在地球的磁尾被观测到。在这里，我们研究，通过测试粒子数值模拟，加速不同的离子物种（H $^{+}$，He $^{+}$，He $^{++}$，和O $^{n+}$与$n=1$ - $6$）在瞬态电磁扰动的存在。除了O $^+$离子外，所有考虑的离子在高能量下都产生幂律尾。这与粒子在当前片中花费的时间密切相关。离子加速被发现是成正比的电荷状态，而它的增长在一个较弱的方式与离子质量。我们发现O $^{5+/6+}$可以达到高于$500$ kev的能量。这些结果可以解释在磁尾观测到的强氧加速现象。
2017-09-28 physics.plasm-ph
Ion Acceleration by Short Chirped Laser Pulses
从理论上研究了短频率啁啾激光脉冲对离子的直接激光加速。我们证明了可以产生动能展宽约1%的强离子束。啁啾的激光脉冲允许粒子获得数百兆电子伏的动能，这是强子癌症治疗所需的，从脉冲的能量的顺序为100 J。它示出，几个周期的啁啾脉冲可以加速离子更有效地比长的，即更高的离子动能达到相同的总电磁脉冲能量。
2015-02-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Two surface plasmon decay of plasma oscillations
超强激光与固体箔的相互作用可用于将离子加速到远超过60 MeV的高能量。电子在强激光辐射中的非线性相对论运动导致它们的加速，随后导致离子的加速。离子可以从前表面、箔内部区域和箔后表面加速（TNSA，最广泛使用的），或者如果箔足够薄，则可以作为整体加速（RPA）。在这里，我们专注于最广泛使用的激光离子加速TNSA的机制。从完全平坦的箔，我们通过模拟显示如何在固体或内部的电子衍射导致在离子的空间调制。精确的动力学非常敏感地依赖于所选择的初始参数，这对电子动力学有着巨大的影响。在阶梯状密度梯度的情况下，我们发现的证据表明，两个表面等离子体激元衰减等离子体振荡触发Raileigh-Taylor不稳定性。
2015-03-20 physics.plasm-ph
Electric field dynamics and ion acceleration in the self-channeling of a superintense laser pulse
本文用一维静电有质动力学模型研究了相对论强度的激光脉冲在低密度等离子体中传播时产生电场和离子径向加速的动力学过程，该模型用于解释电场的实验测量[S. Kar等人，New J. Phys. *9*，402（2007）]。离子在空间上聚焦在电荷位移通道的边缘，导致流体动力学破裂，这又导致电子加热和电场中的“回波”效应。在通道的中心区域中的完全电子耗尽的开始导致到“库仑爆炸”制度的平滑过渡和离子加速的饱和。
2008-07-30 physics.plasm-ph
Nonthermal ion acceleration by the kink instability in nonrelativistic jets
本文研究了非相对论性电子-离子等离子体射流中与扭结不稳定性（KI）发展相关的粒子加速自洽物理。使用三维完全动力学粒子在细胞（PIC）模拟，我们表明，KI有效地将初始环形磁场能量转化为高能离子。被加速的离子在能谱中形成非热幂律尾，包含初始磁场能量的$\simeq10\%$，并且最大离子能量延伸到射流的约束能量。我们发现，离子被有效地加速的运动电场和高度纠缠的磁场，在KI的非线性阶段开发的协调行动：跨磁场线的离子的快速曲率漂移运动，使他们的加速沿电场。我们进一步研究了库仑碰撞对离子加速效率的影响，并确定了碰撞阈值，在该阈值以上，非热离子加速被抑制。我们的研究结果揭示了如何高能离子可能会导致不稳定的非相对论性等离子体射流在空间和天体物理学，并提供了在实验室实验中重现这种加速机制所需的等离子体条件的约束。
2019-07-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Electrostatic field acceleration of laser-driven ion bunch by using double layer thin foils
采用二维粒子模拟方法研究了强线偏振激光脉冲作用下双层薄箔靶产生和加速单能离子束团的过程。靶前层的低Z离子被激光驱动的超热电子加速并穿透高Z离子层，形成准单能离子束，该束将继续被不动的高Z离子和超热电子形成的准稳定静电鞘场加速。这一机制为在束流产生实验中不需要超高对比度和高梯度激光脉冲而产生单能离子束提供了可能性，模拟结果证实了这一点。
2012-01-16 physics.plasm-ph
Ion-acoustic Shocks with Self-Regulated Ion Reflection and Acceleration
得到了描述离子-声无碰撞激波的解析解，它与激波反射离子的演化自洽。该解扩展了经典的孤子解，超过了临界马赫数，孤子不再存在，因为上游的离子反射。反射将孤子转换成具有拖尾波和被反射离子填充的足的冲击。该解决方案涉及整个冲击结构的参数，如最大和最小的潜在的尾波，脚的高度，以及冲击马赫数，反射离子的数量。对于任何给定的上游离子分布，这种关系都是可解的。在本文中，我们已经解决了一个简单的“盒”分布。两个独立的模型的电子相互作用的冲击被认为是。第一个模型对应于标准玻尔兹曼电子分布，在这种情况下，临界激波马赫数从M=1.6（无离子反射）到M=1.8（大量反射）仅无意义地增加。第二个模型对应于电子俘获。它们产生更强的增加，从M=3.1增加到M=4.5。由反射离子支撑的冲击脚也使它们进一步加速。一个自相似的脚扩展到上游介质也被描述分析。
2015-12-07 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
Ion acceleration 'via' relativistic self induced transparency in subwavelength target
在这项工作中，我们已经研究了相对论性自诱导透明（RSIT）的目标厚度的影响，并发现，对于亚波长的目标，相应的阈值目标密度（超过该目标是不透明的入射激光脉冲的给定强度）增加。由RSIT从亚波长靶产生的加速纵向静电场用于将离子束从主靶后面的薄的低密度层加速到$\sim$ 100 MeV。还推导出一个合适的定标律，以获得最佳的激光和目标条件。标题中的“via”一词表示我们对来自目标后面的层的离子加速感兴趣。还观察到，就能谱而言，额外的低密度层比单独依赖靶离子更有利。
2016-07-22 physics.plasm-ph
Direction for the Future - Successive Acceleration of Positive and Negative Ions Applied to Space Propulsion
与化学推进器相比，电空间推进器在太空的应用方面显示出重要的优势，因为电空间推进器的任务寿命较长，重量和推进剂消耗量较低。目前市场上的成熟技术是加速正离子产生推力。离子束被下游的电子中和，并且这种对附加中和系统的需要具有与稳定性、寿命以及总重量和功耗相关的一些缺点。许多新的概念，以摆脱中和剂，已被提出，和PEGASES离子-离子推力器是其中之一。这种新的推进器概念旨在加速正离子和负离子以产生推力，使得额外的中和是多余的。本章概述了电推进的概念和这种新型离子-离子推进器的发展状况。
2014-11-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
An Overview of Researches on Laser Ion Acceleration Using Mixed Solid Target and Single Ion Target
本文综述了激光加速离子的研究进展，重点介绍了两类靶。靶的类型有很多种，可以分为单离子靶和多离子靶。混合固体靶被证明可以有效地加速重离子，并产生能量发散度低于5%的高质量离子束。传统的加速方法如TNSA主要用于加速质子或重离子，还有许多改进和改进的空间。激光驱动离子束在探测器技术、癌症治疗等领域有着广泛的应用前景和必要性。
2020-08-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ion Acceleration - Target Normal Sheath Acceleration
高能离子从第一个激光等离子体实验开始就被观察到了，它们的起源是被激光加热的电子的电荷分离，电子将能量传递给在激光场中加速的离子。脉冲长度在飞秒范围内的超强激光的出现导致了高能离子的发现，这些离子的特性与长脉冲激光驱动的离子完全不同。这些离子束于20世纪90年代末被发现，由于其独特的性质和高粒子数，已成为世界范围内激烈研究的焦点。基于它们的非各向同性、光束状的行为，总是垂直于发射表面，加速机制被称为目标法向鞘层加速（TNSA）。我们解决的物理机制及其依赖于激光和目标参数。探索和诊断光束的技术，使他们有用的应用，也解决了。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Compression Acceleration of Protons and Heavier Ions at the Heliospheric Current Sheet
本研究通过大尺度MHD模拟求解高能粒子输运方程，探究日球层电流片磁重联中质子与重离子的压缩加速机制，得到与PSP观测相符的幂律谱，并分析了高能截止能量与荷质比的标度关系。
2024-08-21 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Table-top laser-based proton acceleration in nanostructured targets
超短高强度激光脉冲与薄箔靶相互作用导致离子在靶背面加速。为了使这种离子源用于应用，重要的是优化能量从激光到加速离子的转移。实现这一目标的最有前途的方法之一是通过引入周期性纳米结构来设计目标前沿。在本文中，这些结构对离子加速的影响进行了研究分析和多维粒子模拟。我们评估了结构形状、尺寸和激光入射角对获得有效能量转移的作用。利用电子轨迹的局部控制来最大化传递到目标中的能量。基于我们的数值模拟，我们提出了一个精确的参数范围内的纳米结构的目标，它可以增加加速离子的能量，而不需要更高的激光强度的制造。
2016-12-07 physics.plasm-ph
Laser wakefield acceleration of ions with a transverse flying focus
本文提出利用横向飞行焦点激光脉冲在低密度等离子体中实现离子尾场加速，通过三维粒子模拟验证其可将质子加速至1.6 GeV并产生单能准直离子束，突破了传统激光离子加速的能级瓶颈。
2024-12-21 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
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
Parametric study of cycle modulation in laser driven ion beams and acceleration field retrieval at femtosecond time scale
提出了利用激光加速离子动能分布中出现的高频调制来反演飞秒时间尺度下的加速场动力学。如果激光循环场调制离子谱中的粒子密度并产生用于分析的准时间戳，则这种方法成为可能。我们调查目标和激光参数确定这种效果，并讨论所观察到的调制的依赖关系。我们的研究结果完善了一个基本机制，目标正常鞘加速，其中强烈和超快的激光脉冲在等离子体真空界面产生非常强的电场。场由于能量耗散而迅速衰减，并形成快速离子流离开界面的特征光谱。我们表明，导出的衰减函数的字段是根据模型预测的加速场结构。我们的研究结果得到了二维粒子模拟的支持。飞秒场动力学的知识有助于重新评估激光离子加速的优化策略。
2018-11-07 physics.plasm-ph
Compression and acceleration of ions by ultra-short ultra-intense azimuthally-polarized light
本文提出利用超短超强方位角偏振光压缩并加速离子，在孤子机制和打洞机制下分别实现质子与氘离子的高密度压缩，并评估了中子产额，同时与径向偏振光进行了对比。
2024-03-28 physics.plasm-ph
Solitary versus Shock Wave Acceleration in Laser-Plasma Interactions
用数值模拟的方法研究了超强激光与稠密等离子体相互作用中激发非线性静电波（如激波和孤子）以及由此产生的离子加速问题。孤子的稳定性和激波的形成强烈地依赖于离子的速度分布。离子谱中的单能成分是由孤立波的"脉冲"反射产生的。可能的相关性，最近的实验“冲击加速”进行了讨论。
2011-11-28 physics.plasm-ph
Prospects for laser-driven ion acceleration through controlled displacement of electrons by standing waves
在强飞秒激光脉冲与各种目标的相互作用期间，激光能量转换的自然机制固有地缺乏时间控制，因此通常不提供用于受控地产生具有特定感兴趣的给定能量的良好准直的高电荷离子束的机会。为了缓解这个问题，最近有人提出，离子可以被捕获在由激光辐射形成的可控移动势阱中的电子束团拖曳。这种驻波加速（SWA）可以通过反射镜反射啁啾激光脉冲来实现，这已经被公式化为啁啾驻波加速（CSWA）的概念。在这里，我们分析了一般的可行性方面的SWA方法，并证明其合理的鲁棒性对场结构的缺陷，如所造成的错位，椭圆度和有限的对比度。利用这一点，我们还确定CSWA概念的前景和局限性。
2018-01-19 physics.plasm-ph
Identification of high energy ions using backscattered particles in laser-driven ion acceleration with cluster-gas targets
一种新的诊断方法，利用一个单一的CR-39探测器安装在塑料板上的高能离子被证明是确定的存在下，超过CR-39的检测阈值限制的高能量成分。在用来自常规射频加速器的每核子25 MeV的He离子束照射CR-39检测器单元时，在CR-39的后表面上观察到大量具有椭圆形开口形状的蚀坑。详细的研究表明，这些蚀坑产生的重离子非弹性背散射从塑料板。这种离子检测方法应用于激光驱动的离子加速实验，使用团簇气体目标，和离子信号的能量高达50兆电子伏每核子被确定。
2011-12-21 physics.acc-ph physics.atm-clus physics.ins-det
Longitudinal Ion Acceleration from High-Intensity Laser Interactions with Underdense Plasma
在高强度（I ~ 10^20 Wcm^-2）激光与氦气射流靶（n_e ~ 0.04 n_c）相互作用中观察到了离子纵向加速。该离子束对He^2+的最大能量约为40 MeV，并沿激光传播路径定向，最高能量的离子被准直成小于10度的圆锥。二维粒子模拟已被用来研究加速机制。与快速电子流相关联的时变磁场提供对加速电场的贡献以及提供用于离子的准直场。等离子体密度和离子加速之间存在很强的相关性，在真空界面处较短的等离子体尺度长度有利于最大离子能量的产生，但由于斜坡加速区磁场的增强，等离子体尺度长度越长，准直性越好。
2007-12-17 physics.plasm-ph
Non-thermal particle acceleration at highly oblique non-relativistic shocks
利用大尺度粒子模拟方法研究了一维空间中电子和离子在非相对论斜激波作用下的非热加速过程。物理参数的选择突出的作用，电子预热注入和随后的加速粒子在高马赫数冲击。模拟结果表明，早期发病的扩散冲击加速过程中的电子和离子在一个高度倾斜的亚光速冲击的证据。$\lesssim 5\%$的离子加速效率在后期测量，尽管这不是饱和值。
2021-10-19 astro-ph.HE 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
Energy enhancement of laser-driven ions by radiation reaction and Breit-Wheeler pair production in the ultra-relativistic transparency regime
研究发现在超相对论透明区，辐射反应和Breit-Wheeler对产生可增强激光驱动碳离子的能量，通过改变Buneman不稳定性相速度，进一步提高离子能量。
2023-07-03 physics.plasm-ph
Measurement of ion acceleration and diffusion in a laser-driven magnetized plasma
University of Oxford（牛津大学）
本研究通过激光驱动磁化等离子体实验，测量了离子加速与扩散过程，探讨了波粒相互作用及下混漂移不稳定性在其中的作用机制。
2026-02-28 physics.plasm-ph
Selective Deuterium Ion Acceleration Using the Vulcan PW Laser
本文报道了用高能拍瓦激光靶向鞘层加速（TNSA）对氘离子进行选择性加速的成功实验。TNSA通常产生源自目标表面上的固有烃和水蒸气污染物的多种类离子束。使用Morrison等人首先开发的方法，$^{1}$是一种具有$>$ 99 $\%$氘离子和峰值能量14 MeV/核子的离子束，通过在发射之前将重水（D $_{2}$ O）蒸气低温冷冻到靶的后表面上，用200 J、700 fs、$>10^{20} W/cm^{2}$激光脉冲产生。在我们的探测器的范围内（0-8.5 $^{\circ}$），我们发现激光到氘离子的能量转换效率为4.3 $\%$以上0.7 MeV/核子，而保守估计的总束给出的转换效率为9.4 $\%$。
2015-04-10 physics.plasm-ph
