Chemical Enhancements in Shock-accelerated Particles: Ab-initio Simulations
我们研究了热化，注射，和加速的离子与不同的质量/电荷比，$A/Z$，在非相对论无碰撞冲击通过混合（动力离子流体电子）模拟。一般来说，离子热化到与$A$成正比的冲击后温度。当扩散冲击加速是有效的，离子发展的非热尾的程度与$Z$的规模和其归一化增强为$(A/Z)^2$，使未完全电离的重离子优先加速。我们将讨论这些发现如何解释银河系宇宙射线中观测到的重离子增强。
2017-04-26 astro-ph.HE hep-th physics.geo-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
Alpha-particle generation from H-11B fusion initiated by laser-accelerated boron ions
本文报道利用飞秒激光加速硼离子轰击含氢靶引发H-11B聚变产生MeV α粒子，为超短MeV α粒子源提供新途径，并为离子阻止本领和反应截面研究提供参考方案。
2022-09-12 physics.plasm-ph
Dense blocks of energetic ions driven by multi-petawatt lasers
激光驱动离子加速器具有体积小、密度高、束团持续时间短等优点。然而，同时提高激光驱动离子束的产率和质量以用于实际应用仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一个方案，以解决这一挑战，通过使用新兴的多拍瓦激光器和密度调制的目标。密度调制靶允许其离子通过激光辐射压力作为致密块被均匀加速。此外，通过将靶嵌入到足够厚的衬底中，抑制了热电子轰击，从而抑制了等离子体加热，显著提高了加速离子的束流质量。粒子模拟表明，在几微米的固体密度等离子体中，几乎所有的离子都可以通过强度约为1022 W/cm 2的激光脉冲均匀地加速到光速的25%。由此产生的致密高能离子块可能会驱动聚变点火，并且更普遍地产生具有前所未有的高能量密度的物质。
2016-03-13 astro-ph.HE physics.acc-ph physics.plasm-ph
Spectral modification of shock accelerated ions using hydrodynamically shaped gas target
我们报告了可再生的冲击加速从照射的$λ= 10$ $μ$ m CO $_2$激光的光学形状H $_2$和He气体目标。低能量激光预脉冲（$I\lesssim10^{14}\, {\rm Wcm^{-2}}$）被用来驱动气体靶内的冲击波，产生陡峭的，可变的密度梯度。在25 ns之后，接着是产生静电无碰撞冲击的高强度激光脉冲（$I>10^{16}\, {\rm Wcm^{-2}}$）。上游离子被加速用于窄范围的预脉冲能量（$> 110$ mJ & $< 220$ mJ）。对于长密度梯度（$\gtrsim 40 μ$ m），常规产生He $^+$和H $^+$的宽带束，而对于较短的梯度（$\lesssim 20 μ$ m），观察到质子的准单能加速。这些测量结果表明，加速冲击和由此产生的离子能量分布，特别是窄能量扩散束的生产，是高度依赖于等离子体密度分布的属性。这些发现得到了2D PIC模拟的证实。
2015-03-20 physics.plasm-ph
Accelerated Recombination due to Resonant Deexcitation of Metastable States
在复合等离子体中，已知亚稳态积累粒子数，从而减慢复合过程。我们表明，一个帐户的双激发自电离态，形成由于碰撞重组的亚稳离子，结果在一个显着的加速重组。对冷致密等离子体中剥离碳离子复合的完全与时间相关的碰撞辐射（CR）模型表明，类氦离子的复合速度快了一个数量级。详细讨论了计算中所用的CR模型。
2001-05-28 physics.atom-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
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
High-flux neutron generation by laser-accelerated ions from single- and double-layer targets
当代的超强短脉冲激光系统为高通量中子束的产生提供了极其紧凑的装置，例如致密物质的无损探测、聚变装置中中子诱导损伤的研究或实验室天体物理学研究所需的装置。在这里，通过耦合粒子在细胞和蒙特卡罗数值模拟，我们研究可能的策略，以优化中子源的离子诱导核反应使用1-PW，20飞秒级激光系统。为了提高离子加速，激光照射的目标被选择为固体箔，单独或由近临界密度的等离子体层，以增强激光聚焦。我们比较这些单层和双层目标的性能，并确定其最佳参数的能量和角谱的加速离子。然后这些被送入转换器，通过铍和铅原子核的核反应产生中子。总之，我们确定了导致$\sim 1$ -cm厚转换器中的中子产额高达$\sim 10^{10}\,\rm n\,sr^{-1}$或在$\lesssim 100$ - $μ$ m厚转换器的背面处的瞬时中子通量高于$10^{23}\,\rm n\,cm^{-2}\,s^{-1}$的配置。考虑到每分钟一次激光发射的实际重复率，预测相应的时间平均中子产额将达到远高于当前实验记录的值（$\gtrsim 10^7\,\rm n \,sr^{-1}\,s^{-1}$），并且这甚至仅用薄箔作为主要目标。使用双层靶，可以预见到时间平均产率的进一步增加高达$10^8\,\rm sr^{-1}\,s^{-1}$以上。
2022-10-17 physics.plasm-ph
Laser-driven electrodynamic implosion of fast ions in a thin shell
P. N. Lebedev Physical Institute of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所）；Institute of Laser Engineering, Osaka University（大阪大学激光工程研究所）
本文提出利用激光驱动的快电子振荡实现离子在薄壳中的电动力压缩，研究其在高能范围内的加速机制。
2025-12-02 physics.plasm-ph
A novel approach to electron data background treatment in an online wide-angle spectrometer for laser-accelerated ion and electron bunches
基于激光的离子加速由当靶电子吸收激光能量并连续离开靶材料时出现的电场驱动。这些电子和加速的离子之间的直接相关性，因此是预期和预测的理论模型。我们报告一个修改后的广角光谱仪允许同时表征的角度分辨的能量分布的离子和电子。配备了在线像素检测器，RadEye 1检测器，这种相关性的研究可以在Single Shot的基础上实现。除了第一次的见解，我们提出了一种新的方法，可靠地提取初级电子能量分布的干扰二次辐射背景。事实证明，这对于定量提取平均电子能量（温度）和发射的总电荷至关重要。
2018-11-14 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
High-yield and high-angular-flux neutron generation from deuterons accelerated by laser-driven collisionless shock
明亮的准直中子源是全球安全任务和基础科学研究的重要工具。本文研究了一种利用激光驱动氘核在$^9\text{Be}$转换器中发生分裂反应的紧凑型高产额、高角通量中子源。从这样的反应的中子产生缩放被用来指导选择和优化的加速过程中的低密度$\text{CD}_2$泡沫体的散装离子。特别地，利用无碰撞冲击加速机制，在激光和目标参数空间中进行适当的选择，以将这些离子加速到高于分布温度的能量。Particle-In-Cell和蒙特卡罗模拟被耦合来研究这个概念和可能的不利影响，以及来自表面离子加速和最佳转换器设计的贡献。模拟结果表明，我们的设计可以同时提高激光驱动中子源的中子产额和正向通量，在目前kJ级高功率激光器上达到峰值角中子通量$>10^{11}$/sr和产额$>10^{11}$/脉冲。这些发展将推动基础中子科学，高精度射线照相和其他全球安全应用与激光驱动源。
2021-10-20 physics.app-ph physics.plasm-ph
Target density effects on charge tansfer of laser-accelerated carbon ions in dense plasma
我们报告的电荷状态测量的激光加速的碳离子的能量范围内的几个兆电子伏穿透一个致密的部分电离等离子体。等离子体是由软X射线激光诱导空腔辐射的泡沫靶照射产生的。我们使用密度为2 mg/cm $^{-3}$、相互作用长度为$1$ -mm的三纤维素乙酸酯（C $_{9}$ H $_{16}$ O $_{8}$）泡沫作为靶材料。这种等离子体是有利的高精度测量，由于良好的均匀性和较长的寿命相比，离子脉冲长度和相互作用的持续时间。等离子体参数诊断为T $_{e}$ =17 eV和n $_{e}$ =4 $\times$ 10 $^{20}$ cm $^{-3}$。通过等离子体的平均电荷状态被观察到高于常用的半经验公式预测。通过求解速率方程，我们将这种增强归因于靶密度效应，靶密度效应一方面会增加电离速率，另一方面会降低电子捕获速率。在以往的气体放电、z箍缩和激光直接照射等离子体测量中，没有发现靶密度效应。这是第一次，我们能够实验证明，目标密度效应开始发挥重要作用，在等离子体附近的钕玻璃激光辐射的临界密度。这一发现对重离子束驱动高能量密度物理和快速点火具有重要意义。
2022-08-01 physics.atom-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
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
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
Impact of ion dynamics on laser-driven electron acceleration and gamma-ray emission in structured targets at ultra-high laser intensities
研究了在$I > 10^{22}$ W/cm $^2$的超高强度激光脉冲照射下，离子动力学对激光驱动电子加速的影响.通道内的加速电子的负电荷产生准静态横向电场，其导致离子逐渐膨胀到通道中。一旦离子填充通道，由于准静态横向电场的减小，来自由加速电子产生的准静态磁场的箍缩力变得无法补偿。因此，存在两种不同的加速电子群：在扩展离子前沿之前加速同时主要向前移动的那些，以及在通道中存在离子时加速同时执行强横向振荡的那些。离子减弱了纵向激光电场的作用，使横向电场成为电子能量的主要贡献者。离子膨胀也对伽马射线发射产生深远的影响，使其成为体积分布，同时减少总发射能量。我们制定了一个标准的激光脉冲的持续时间，必须满足，以尽量减少不希望的影响，从离子，并允许电子保持高度准直。\textcolor{black}{We demonstrate the predictive capability of this criterion by applying it to assess the impact of a given pre-pulse on ion expansion. Our results provide a}在超高强度多PW激光设施中进行未来实验的指南。
2019-05-06 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Wave Generation by Flare-Accelerated Ions and Implications for 3He Acceleration
该研究通过粒子模拟发现，耀斑加速的高能质子和α粒子产生的斜向波能有效加热并输运$^3$He至加速区，其丰度可接近$^4$He，从而解释脉冲耀斑中$^3$He的增强现象。
2024-03-15 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Coulomb driven energy boost of heavy ions for laser plasma acceleration
激光加速重离子的动能得到了前所未有的提高。用强度为$6\times 10^{19}$ W/cm $^{2}$的超短激光脉冲辐照超薄金箔。利用$1.3$焦耳激光能量作用于靶，获得了动能高达$> 200$ MeV、能量分布带宽受限的高电荷态金离子。$1$ D和$2$ D细胞内粒子模拟显示了对离子电离的空间依赖性如何导致加速电场的增强。我们的理论模型考虑了沿靶法线的变化的电荷密度，并且能够解释高电荷离子的能量提升，从而导致重离子的激光加速效率更高。
2014-12-11 physics.plasm-ph
Performance of solenoids vs. quadrupoles in focusing and energy selection of laser accelerated protons
将激光加速质子或离子用于各种应用-例如在粒子治疗或短脉冲射线照相诊断中-需要有效的聚焦和能量选择方法。我们推导出一个分析缩放螺线管的性能相比，作为能量的函数，这是证实了TRACEWIN模拟的双峰/三重峰。缩放表明，在几兆电子伏以上的螺线管需要脉冲或超导，而四极可以保持传统。发现三重态的透射率仅比等效螺线管的透射率低25%。这两种系统同样适合于基于它们的色度效应的能量选择，如使用遵循Yan等人的RPA模拟模型的初始分布所示的\cite{yan2009}。
2013-01-29 physics.acc-ph physics.med-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
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
Linear Stability of an Impulsively Accelerated Density Interface in an Ideal Two-Fluid Plasma
在理想双流体等离子体模型的框架下，研究了Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性的线性演化。双流体等离子体运动方程被分离成一个基态和一组线性化方程的扰动的演变。基于无量纲德拜长度参数$d_{D,0}$，区分带电物种之间的不同耦合机制。当$d_{D,0}$很大时，离子和电子之间的耦合足够小，使得诱导的洛伦兹力非常弱，并且两种物质作为两种单独的流体演化。当$d_{D,0}$较小时，耦合较强，感应的洛伦兹力足够强，使得离子和电子的状态差被该力迅速减小。因此，离子和电子紧密耦合，像一种流体一样演化。的时间动态分为两个阶段：早期阶段，其中电子前驱波是普遍的，和后离子冲击界面相互作用阶段，在此期间的RM不稳定性表现出来。我们还研究了最初施加的磁场的影响，其特征在于由无量纲参数$β_0$的流向。对于离子冲击界面相互作用后的短时间内，生长速率是相似的不同的初始磁场强度。随着时间的推移，观察到由于磁场的不稳定性的抑制。生长速率显示具有与离子或电子回旋频率相关的频率的振荡。由于涡量被输运远离界面，不稳定性被抑制。
2021-11-27 physics.flu-dyn 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
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
Efficient ion acceleration and dense electron-positron plasma creation in ultra-high intensity laser-solid interactions
下一代超高强度（$>10^{23}$ W/cm $^{2}$）激光器的辐射压力可以有效地将离子加速到GeV能量。然而，非线性量子电动力学效应在这些激光脉冲与物质的相互作用中起着重要的作用。在这里，我们表明，这些影响可能会导致产生一个非常密集的（$\sim10^{24}$ cm $^{-3}$）对等离子体吸收激光脉冲，从而减少加速离子的能量和能量转换效率分别高达30- 50%和50- 65%。因此，我们确定的制度，激光物质相互作用的离子被有效地加速或致密的对等离子体作为指导，为未来的实验。
2018-03-27 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
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
Ion acceleration to MeV by the ExB wave mechanism in collisionless shocks
结果表明，在垂直于磁场的方向上，离子可以通过静电波的ExB机制加速到MeV能量范围。加速发生在离散的步骤的持续时间是一个小部分的gyroperiod，可以解释观测到的离子电子伏特到10千电子伏在准垂直冲击和100-1000千电子伏在准平行冲击。给出了任意形状冲击波中加速离子的最大能量的一般表达式。参与加速的波与三个交叉场电流驱动的不稳定性有关：由激波和小激波中的密度梯度引起的低混合漂移（LHD）不稳定性，其次是由强LHD波电场中电子的ExB漂移引起的修正双流（MTS）和电子回旋漂移（ECD）不稳定性。ExB波机制将重离子加速到与原子质量数成比例的能量，这与弓形激波上游的卫星观测以及超新星遗迹中的后激波观测是一致的。
2021-04-01 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron Beam Production by Pyroelectric Crystals
热释电晶体用于产生能量大于170 keV的自聚焦电子束。不需要高压电源或电子枪。该系统的工作原理是简单地改变温度的晶体铌酸锂或钽酸锂约100摄氏度的稀释气体。电子束能谱以及正离子束能谱和档案。晶体温度变化100 ℃将引起极化的自发变化。极化的变化将通过晶体表面上电荷的变化来表现。正是这种未补偿的电荷产生了电场，电场加速了电子或正离子，并产生了等离子体，等离子体反过来又使它们聚焦。加速电子或正离子的来源是在晶体表面附近电离的气体分子。当晶体表面是负电子加速远离它和正离子被吸引到表面。这些正离子减少了表面上的净负电荷，从而减少了电场，这导致电子能量随时间降低，即使焦点特性保持不变。当表面为正时，则相反，并且正离子束能量也随着时间而减小。我们将展示视频剪辑，照片和电子数据，展示这些电子束的许多特性和应用。
2002-09-20 physics.gen-ph physics.plasm-ph
Calibration of BAS-TR image plate response to GeV gold ions
用CR-39径迹探测器对高线性能量转移（LET）金离子（能量高达$\sim$ 1.6 GeV（8.2 MeV/核子））进行了绝对校准。通过采用高分辨率汤姆逊抛物线光谱仪进行校准，该光谱仪允许解析具有高达58 $^+$的紧密间隔的电离状态的Au离子。通过拟合不同离子能量下的每个Au离子的光致发光（PSL）得到响应函数，这与离子停止在IP的活性层中的预期大致一致。这种校准将允许量化的高能金离子的离子能谱，这是重要的，为进一步研究的重离子束的激光加速。
2022-02-21 physics.ins-det physics.plasm-ph
Helium-3 and Helium-4 acceleration by high power laser pulses for hadron therapy
激光驱动离子加速被认为是一种很有前途的候选离子源，用于肿瘤疾病的强子治疗。虽然质子和碳离子源通常用于治疗，但也可以利用其他轻离子。碳离子需要400 MeV/核子才能达到与250 MeV质子相同的穿透深度，而氦离子只需要250 MeV/核子，这是轻离子中最低的能量。这一事实以及氦离子对癌细胞的生物学损伤比质子更大，使该物种成为激光驱动离子源的有趣候选者。以产生满足强子治疗要求的250 MeV/核子氦离子束为目标，研究了PW级激光驱动液态和气态氦靶加速离子的两种机制（磁涡加速和打孔辐射压加速）。我们表明，氦3离子，具有几乎相同的穿透深度与氦4具有相同的能量每核子，需要较少的激光功率被加速到所需的能量的强子治疗。
2015-05-14 physics.plasm-ph
Laser Ion Acceleration Toward Future Ion Beam Cancer Therapy - Numerical Simulation Sudy-
离子束已被应用于癌症治疗，其独特的优越性在于将其主要能量沉积在人体内，从而使癌细胞被离子束杀死。然而，传统的离子加速器往往在其尺寸和成本方面是巨大的。本文提出了一种未来的强激光离子加速器，使离子加速器小型化。采用强飞秒脉冲激光加速离子。激光离子加速器中的问题包括激光到离子的能量效率、离子束准直、离子能谱控制、离子束聚束和离子粒子能量控制。在这项研究中，粒子计算机模拟来解决这些问题，每个组件的设计，以控制离子束质量。当强激光照射靶时，靶中的电子被加速离开靶，高能电子与靶离子之间暂时形成强电场，靶离子被加速。通过使用具有精细亚波长结构的固体靶或近临界密度气体等离子体，提高了从激光到离子的能量效率。离子束准直是通过固体靶后的小孔实现的。通过激光与靶的多级相互作用，成功地实现了对离子能谱和离子粒子能量的控制以及离子束的聚束。本研究提出了一个新的概念，为未来的紧凑型激光离子加速器，根据每个组件的研究，需要控制的离子束质量和参数。
2013-07-01 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
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
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
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
Electron Energization in Quasi-Parallel Shocks: Test-Particle-Electrons in a Proton Driven Turbulence
通过卫星飞行任务可以在地球弓形激波处对高能粒子进行现场观测，长期以来，人们一直认为电子在准垂直激波几何形状中最有效地加速。然而，被认为是宇宙射线电子产生的原因的冲击，以及来自超新星遗迹等来源的辐射，比地球的弓形冲击更强大，更大。他们对土星弓形激波的远程观测和现场测量表明，电子在准平行激波中也被非常有效地加速。在本文中，我们调查的可能性，加速到高能量的质子产生足够的波湍流，这是必要的电子预热和随后的注射到扩散冲击加速在准平行冲击几何。一个额外的测试粒子电子人口，这意味着是一个低密度除了电子核心分布上的混合模拟操作，被引入。我们研究这些电子是如何被激励的混合电磁场。空间维数的减少使我们能够显着增加每个数值单元的宏离子的数量，并实现测试电子的速度分布的收敛结果。我们讨论了电子预热机制，这可以使一个显着的一部分热电子访问的离子驱动的混合模拟中观察到的波。我们发现，由离子提供的前驱波场有相当大的潜力，预热电子之前，他们被冲击在次冲击。
2020-08-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Modeling terahertz emissions from energetic electrons and ions in foil targets irradiated by ultraintense femtosecond laser pulses
本研究针对超强飞秒激光辐照箔靶的太赫兹辐射问题，建立动力学与等离子体膨胀模型，分析电子、离子的两类辐射机制及参数影响，发现快电子早期运动的太赫兹辐射远强于膨胀等离子体辐射。
2023-12-14 physics.plasm-ph
