Generalized Impurity Pinch in Partially Magnetized Multi-Ion Plasma
在具有不同离子质量的双离子种类等离子体中，重离子倾向于分别集中在碰撞磁化等离子体的低温区域和碰撞未磁化等离子体的高温区域中。此外，碰撞磁化强度可以被确定为轻离子回旋频率与轻离子和重离子物种的碰撞频率的比率，并且在部分磁化等离子体的中间区域中这种效应的行为主要取决于该霍尔参数。多离子交叉场传输已经描述了在碰撞磁化等离子体制度，广义箍缩关系，它描述了在该等离子体中的平衡离子物种的密度，在文献中找到。本文阐明了碰撞磁化和Larmor磁化在多离子碰撞输运中的作用，并将广义箍缩关系推广到部分磁化区，在部分磁化区，只要电子保持碰撞磁化，离子的Hall参数可能很小.平衡离子密度分布对外力和对彼此具有相同的依赖性，而与离子的碰撞磁化无关。多离子碰撞输运模型的有效性范围的扩大，使它们适用于更广泛的实验室等离子体条件。特别是，离子密度分布演变足够快的径向杂质传输可以观察到周围的停滞MagLIF，导致驱逐的重离子杂质的热点，只要等离子体成为足够的碰撞磁化过程中的内爆。
2021-02-05 physics.plasm-ph
Rotating mirror with all-directional pinch compressions - The beauty and simplicity in controlled nuclear fusion
Institute for Fusion Studies, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校聚变研究所）
该研究基于美与简洁理念，提出结合磁约束与惯性约束核聚变的带分离电极旋转镜全向箍缩方案，可提升聚变速率，有望达到劳森判据，验证聚变能源和平利用可行性。
2026-07-30 nucl-th physics.plasm-ph
Design of an Active Thomson Parabola for the detection of ions accelerated by laser: Numerical simulations and characterization of different solutions
本研究研发了用于测量激光-等离子体相互作用产生的多MeV离子能谱的主动式Thomson Parabola离子谱仪，通过GEANT4光学模拟设计基于闪烁体探测器的高计数率谱仪，并分析不同配置的性能。
2025-07-11 physics.acc-ph physics.ins-det 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
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
Coulomb explosion of "hot spot"
本文的研究表明，箍缩内爆实验中探测到的硬X射线和高能离子的产生，可能与材料从箍缩交叉点流出所形成的热点的库仑爆炸有关。在材料流出的过程中，热点等离子体的温度升高，并且等离子体电子变得连续加速的条件出现。电子从热点区域的逃逸导致正空间电荷在该区域的积累，随后发生库仑爆炸。揭示了热点等离子体电子连续加速的条件，并对库仑爆炸产生的离子的动能进行了估算。
2016-06-25 physics.plasm-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
Beamed neutron emission driven by laser accelerated light ions
本文报道了在强激光驱动下，利用MeV离子，在一个捕集器-捕集器方案中，从轻核反应中观测到峰值通量为10^9 n/sr的类束中子辐射。的中子束的空间分布，完全捕获的第一次通过采用CR 39核径迹探测器，示出了一个半高宽发散角为70度，与峰值通量近一个数量级高于各向同性组件的其他地方。所观察到的中子束流对于广泛的应用是非常有利的，并且确实对于进一步传输和缓和到热能是非常有利的。采用不同的捕集器-捕集器材料组合进行的系统研究表明，主要的反应是d（p，n+p）^1H和d（d，n）^3He。尽管没有足够的截面数据可用于建模，但在中子的空间和光谱分布中观察到的各向异性最有可能与射弹离子的方向性和高能量有关。
2015-07-16 nucl-ex physics.acc-ph 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
Strategies for Advantageous Differential Transport of Ions in Magnetic Fusion Devices
在各种磁化等离子体几何形状中，人们早就知道高电荷杂质倾向于在较高密度的区域中积累。在这里，我们研究如何在存在额外的力量，如可能会发现在系统中的重力，快速旋转，或不可忽略的空间电荷的“碰撞捏”的变化。在一个旋转的圆柱形等离子体的情况下，我们描述了一个制度，其中径向最外层的离子物种是中间的质量和电荷。我们讨论的融合设备和等离子体质量过滤器的影响。
2018-01-19 physics.plasm-ph
Spectroscopic measurements of graphite electrode erosion on the ZaP-HD sheared-flow-stabilized Z-pinch device
本研究在ZaP-HD剪切流稳定Z箍缩装置上利用C-III的S/XB光谱方法测量石墨电极侵蚀，发现通量达10^30–10^31 atoms m^-2 s^-1，主要源于升华而非物理溅射。
2025-10-03 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
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
Gigagauss magnetic fields generated via theta-pinching driven by multiple petawatt-class lasers
本文提出利用多台拍瓦级激光与含微管固体靶作用，通过类θ箍缩机制产生并放大种子磁场，最终获得超过千兆高斯的轴向磁场，并给出定标关系与模拟验证。
2025-11-07 physics.plasm-ph
Linear discriminant analysis based predator-prey analysis of hot electron effects on the X-pinch plasma produced K-shell Aluminum spectra
应用线性判别分析（LDA）研究了X箍缩产生的K壳层铝合成谱的电子束效应。在一个小型L-C（40 kV，200 kA，200 ns）发生器上，用两根25 μm的铝丝爆炸产生辐射等离子体，用德布罗意谱仪记录了时间积分谱。的电子温度和密度（Te = 80 eV和ne = 1 × 1020 cm-3），以及热电子束分数（f = 0.2和能量集中在10 keV）的Al等离子体中，提取使用的系数的主成分来自非LTE K壳层Al模型。LDA表明，Al、He、α、Ly、α和He β的弱跃迁代表Stark分裂和位移分布。最后，这些转变遵循的斯托克斯V轮廓在电子束分数的存在下的椭圆偏振。LDA的三维表示表明，电子束的存在，反映了向外的螺旋湍流。这些螺旋显示了朗缪尔湍流的特征。这些螺旋模型与逻辑增长的捕食者-食饵模型。这个模型表明，电子束和离子分别代表猎物和捕食者，螺旋的中心区域往往具有50-100 eV的低温。
2018-01-03 physics.plasm-ph
Effects of parallel magnetic fields on sheaths near biased electrodes in a highly collisional Z-pinch plasma
New Jersey Institute of Technology（新泽西理工学院）；University of Washington（华盛顿大学）
研究平行磁场对Z-pinch等离子体中偏置电极附近鞘层的影响，发现磁化电子回旋导致鞘层形成，电流方向和大小受磁场影响显著。
2026-01-15 physics.plasm-ph
Enhanced target normal sheath acceleration with a grooved hydrocarbon target
本研究通过二维PIC模拟探究不同形状微米级沟槽的碳氢靶对激光质子加速的影响，发现矩形沟槽靶可使质子截止能量提升约4倍并显著降低角发散度，为靶背法向鞘层加速的性能优化提供了有效方案。
2023-11-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Turbulent transport of fast ions in tokamak plasmas in the presence of resonant magnetic perturbations
该研究采用试验粒子输运模型与直接数值模拟，探究共振磁扰动下托卡马克快离子湍流输运特性，明确有限拉莫尔半径、磁扰动振幅等的影响，发现湍流与磁扰动的非线性耦合增强径向扩散，并提出输运系数通用标度律。
2020-11-04 physics.comp-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
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
Stable particle acceleration in co-axial plasma channels
等离子体加速器中可达到的Transformer比受到不稳定性的限制。使用三维粒子在细胞模拟，我们表明，这些可以控制使用一个中空的等离子体通道与同轴等离子体灯丝。驱动器散射来自灯丝的电子，并且离子的缓慢箍缩导致有效电子感应加速器频率的强啁啾，从而防止束分裂。我们演示了单能加速的电子束到20 GeV超过4.4米，实现了Transformer比为10，能量效率为40%，发射度为1.8微米。
2019-10-29 physics.acc-ph 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
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
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
Effects of the parallel acceleration on heavy impurity transport in turbulent tokamak plasmas
发现并分析了湍流托卡马克等离子体中重杂质动力学的一个特定过程。我们发现，平行的随机加速度是强烈耦合到垂直运输，并产生一个径向收缩速度。相互作用产生的隐藏漂移，准相干的组成部分的运动，包括一对平均径向速度在相反的方向。平行加速度打破了这种对称性，并产生径向平均速度，可以是向内或向外的方向。在试验粒子模型的框架下，利用数值模拟方法分析了钨离子在三维湍流中的输运。结果表明，在现代托卡马克装置和ITER中，加速度诱导箍缩对W杂质的输运可能是重要的。
2020-08-25 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 dynamics driven by a strongly nonlinear plasma wake
在等离子体尾场加速器中，等离子体中激发的波最终会破碎，并留下缓慢变化的场和电流，这些场和电流会扰动离子密度背景。我们研究这个过程中使用的FACET实验中的波是由一个径向约束等离子体中的气泡制度的电子束团激发的例子数值。四种物理效应构成离子动力学的基础：（1）驱动器和波的场将离子向轴吸引，导致密度峰的形成，（2）随着密度峰的衰减产生离子声孤子，（3）波破碎后正等离子体充电，导致一些离子在径向方向上加速，以及（4）由在波破碎期间产生的电流引起的等离子体箍缩。这些效应的相互作用导致形成各种径向密度分布，这是难以以任何其他方式产生的
2021-09-27 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
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
On the robustness of spin polarization for magnetic vortex accelerated proton bunches in density down-ramps
利用粒子模拟方法研究了密度下降对近临界密度气体靶中离子磁涡旋加速（MVA）的影响。加速质子的自旋极化对于约80%的各种斜坡长度是稳健的。斜坡长度的显着增加是伴随着低偏振质子准直成最终的光束和大的横向扩展的高度偏振的质子相对于激光传播的方向。
2021-05-28 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
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
General kinetic ion induced electron emission model for metallic walls applied to biased Z-pinch electrodes
本文建立通用动力学 IIEE 模型并验证其 SEY 与能谱，结合 Boltzmann-Poisson 模拟揭示偏压 Z-pinch 铜电极中电子发射对鞘层、等离子体加热和电流的影响。
2025-07-24 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
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
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
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
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 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
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
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
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
Neutral Particle Analyzer for Studies of Fast Ion Population in Plasma
美国布德克核物理研究所研制了一台用于等离子体诊断的先进中性粒子分析仪，可同时测量D和H离子的能量分布。该分析仪被用于两个等离子体设施注入快中子-在MST反向场箍缩（威斯康星大学）和场反向配置C-2（三阿尔法能源）。本文介绍了分析器的设计、配准效率的计算、分析器的标定结果以及MST和C-2实验的结果
2011-11-24 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
Injection process of pickup ion acceleration at an oblique heliospheric termination shock
本研究利用二维全动能粒子模拟，探讨了倾斜日球层终端激波处拾起离子加速的注入过程，发现反射离子驱动的大振幅波会重构激波表面，且离子通过激波冲浪与漂移加速机制被加速至数十倍上游流能量。
2024-11-13 astro-ph.EP astro-ph.HE 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
Hybrid fluid-kinetic cylindrical equilibria with axial background magnetic field
本文构建含轴向背景磁场的一维准中性螺旋箍缩混合平衡，用三参数动理学离子分布将问题化为四个拟线性 ODE 并数值求解，分析静态与剪切流动情形及参数影响。
2025-07-27 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
