Radiation reaction induced spiral attractors in ultra-intense colliding laser beams
利用线性化理论研究了辐射反应对电子在对向传播圆偏振激光束中动力学的影响，所得结果与数值解吻合较好。首次用线性稳定性理论分析了电子相空间中不动点的性质，指出如果考虑经典辐射反应，中心节点将成为吸引子。电子动力学的显着影响的性质的不动点和电子相空间密度被发现是指数增加附近的吸引子。密度增长率的理论推导和粒子模拟进一步验证，这可以在实验中检测到定性探索辐射反应的影响。该吸引子还可以通过调节碰撞激光频率来实现一系列纳米尺度的飞行电子切片。
2016-11-08 physics.plasm-ph
Laser-driven neutron source from high temperature D-D fusion reactions
本文报道了一种激光驱动的高温氘-氘聚变高产额（$>10^8$ /J）和高峰值通量（$>10^{25}$ /cm $^2$ /s）中子源。实验中的中子产额和聚变温度（$\sim 200$ keV）分别比以往任何激光诱导的D-D聚变反应高出两个数量级和一个数量级。高温等离子体是从薄的（$\sim 2\,μ$ m），固体密度氘靶，由低温射流产生，由140 fs，130 J petawatt激光器与F/3离轴抛物面和等离子体镜实现快速体积加热的目标照射。这里实现的聚变温度和中子通量表明，未来的激光实验可以利用中子来诊断等离子体条件，并更接近于天体物理学相关核物理的实验室研究。
2020-11-11 physics.plasm-ph
Photo-transmutation of long-lived radionuclide Cs-135 by laser-plasma driven electron source
相对论性电子在激光有质动力的作用下被聚焦到高Z值的电子束上，产生高亮度的伽马射线束，进而引发光核反应。本文通过Geant 4模拟，论证了激光等离子体驱动电子源对长寿命放射性核素Cs-135进行光嬗变的可能性。分别在10^{20} W/cm ^2、5 × 10^{20} W/cm ^2、10 ^{21} W/cm ^2和5 × 10^{21} W/cm ^2四种不同的激光强度下观察到了高能电子产生、韧致辐射和光核反应。结果表明，激光强度和靶的几何形状对嬗变反应产额有很大的影响。在不同的激光强度下，找到了获得最大反应产率的推荐靶尺寸。这项工作的显著特点是评估最佳激光强度，以产生每焦耳10^8的最大反应产额，激光脉冲能量为10^{21} W/cm ^2。我们的研究表明，基于激光的电子源驱动的光嬗变作为一个有前途的方法，实验研究嬗变反应，具有潜在的应用于核废物管理。
2016-01-13 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 reaction effects on particle dynamics in intense counterpropagating laser pulses
本文用PIC模拟研究对向传播圆偏振激光脉冲中辐射反作用导致电子脱陷并反转离子排出方向的现象，给出参数判据并提出实验验证方案。
2025-10-20 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
Full-scale ab initio 3D PIC simulations of an all-optical radiation reaction configuration at $10^{21}\mathrm{W/cm^2}$
使用全尺寸的三维粒子模拟，我们表明，辐射反应占主导地位的制度，可以达到在一个全光学配置通过碰撞的$\sim$ 1 GeV的激光尾场加速（LWFA）电子束与反向传播的激光脉冲。在这种配置中，辐射反应显着降低了粒子束的能量，从而为目前可用的激光器的过程提供了清晰的实验特征。我们还发现，在相同的组态下，可以用$10^{24}\mathrm{W/cm^2}$的激光强度研究经典辐射反应和量子辐射反应之间的跃迁。
2013-06-04 physics.plasm-ph
Radiation Reaction Effects on Radiation Pressure Acceleration
从理论上研究了辐射反应（RR）对超强激光脉冲加速薄等离子体箔的影响。一个简单的合适的近似的朗道-Lifshitz方程的RR力和一个新的蛙跳推其列入在细胞中的粒子模拟。对激光脉冲的线偏振和圆偏振进行了模拟和比较。据发现，在强度超过$10^{23} \Wcm$的辐射反作用力强烈影响的动态线性偏振激光脉冲，降低最大离子能量，但也光谱的宽度。相反，对于圆偏振激光脉冲，只要激光脉冲不穿透箔，就没有发现显著的效果。
2010-10-11 physics.plasm-ph
Quantum radiation reaction in head-on laser-electron beam interaction
本文研究了电子束与不同强度的激光脉冲相互作用时的能散和发散度的演化，其中量子效应和辐射反应是相关的。的相互作用与QED-PIC代码建模和结果进行了比较与标准的PIC代码与一个经典的辐射反应模块和理论预测。经典的辐射反应是一个连续的过程，而在量子电动力学中，辐射发射是随机的。当发射光子的能量小于发射电子的能量时，这两个图像在极限上一致。经典辐射反应使电子分布函数的能散趋于减小，而随机QED辐射又使能散增大，这两种趋势在QED主导区相互竞争。我们的分析，QED模块的支持下，揭示了一个上限，由于随机性，取决于激光强度和电子束的平均能量的最大可达到的能量扩展。超过这个极限，能量扩散减小。这些发现被验证为不同的激光脉冲长度范围从短~ 30 fs脉冲目前提供的长~ 150 fs脉冲预计在不久的将来的激光设施，并与理论模型进行比较。我们的结果还表明，不久的将来的实验将能够探测这种转变，并证明增强QED诱导的能量扩展和经典辐射反应的能谱窄化之间的竞争。
2016-10-06 physics.plasm-ph
The Suppression of Radiation Reaction and Laser Field Depletion in Laser-Electron beam interaction
本文用PIC模拟10^9电子束与紧聚焦超强激光的相互作用，发现有质动力抑制RR效应并导致激光场能量耗散，指出需谨慎选择电子束动能。
2017-12-04 physics.plasm-ph
Scaling laws for direct laser acceleration in a radiation-reaction dominated regime
研究了超强激光脉冲（$a_0>100$或$I>10^{22}~\mathrm{W/cm^2}$）辐照下亚临界等离子体通道内电子的加速。在这种情况下，辐射反应显着改变电子动力学。这不仅对可获得的最大电子能量有影响，而且对激光场中电子感应加速器运动和电子振荡之间的相位匹配过程也有影响。我们的研究包括分析描述，测试粒子计算和二维粒子模拟。我们显示单级电子加速到多GeV的能量在0.5毫米长的通道，并提供指导方针，如何获得超过10 GeV的能量使用最佳的初始配置。我们提出了所需的条件的形式明确的分析标度律，可以应用于规划未来的电子加速实验。
2020-07-15 physics.plasm-ph
Propagation of Ultra-Intense Laser Pulses in Near-critical Plasmas: Depletion Mechanisms and Effects of Radiation Reaction
虽然，对于目前的激光脉冲能量，弱非线性制度的LWFA是已知的最佳达到最高可能的电子能量，即将到来的大型激光系统的能力将提供运行高度非线性制度的激光脉冲传播在欠密或近临界等离子体的可能性。使用扩展的粒子在细胞（PIC）模型，考虑到所有相关的物理，我们表明，这样的制度可以实现与外部引导一个相对较长的传播距离，并允许稳定的激光能量转换成其他类型的能量，包括大量的高能电子的动能和它们的非相干发射的光子。尽管激光脉冲的高强度触发了许多新的能量耗尽机制，但我们系统地研究了这些机制。
2017-04-05 physics.plasm-ph
Varied fusion reaction probability induced by ion stopping modification in laser-driven plasma with different temperature
等离子体核反应动力学是高能量密度天体物理反应、惯性约束聚变等研究领域的基础问题。在分析反应性时，需要考虑等离子体中的有效反应截面和离子阻止本领。在本研究中，我们实验研究了氘束与氘代聚苯乙烯（CD）等离子体相互作用的D-D反应。测量了中子产额、等离子体密度和等离子体中氘的能量损失，并对等离子体温度和氘阻止本领进行了模拟分析。结果表明，与冷靶相比，等离子体条件下的反应几率可以被增强或抑制，这归因于等离子体中氘核阻止本领的改变。在较热的CD等离子体中，中等能量的氘核的能量损失减少，导致较高的D-D反应几率，而在较冷的等离子体中，情况正好相反。这项工作为等离子体环境下的聚变反应提供了新的认识。
2020-02-08 physics.plasm-ph
Emission and its back-reaction accompanying electron motion in relativistically strong and QED-strong pulsed laser fields
分析了相对论强激光脉冲场中电子的辐射。在J > 2 10^22 W/cm 2的脉冲强度下，只要电子能量足够高：E > 1 GeV，反向传播电子的发射就会受到量子电动力学（QED）效应的影响。首次从QED原理导出了电子所受的辐射力，并将其适用范围向QED强场扩展。
2010-03-03 physics.plasm-ph
Indication of p + 11B Reaction in Laser Induced Nanofusion Experiment
NAPLIFE项目通过共振纳米棒天线调节激光吸收实现聚变，实验将质子加速至225 keV并引发p + 11B聚变，反向质子发射数在150 keV共振处骤降及CR-39验证α粒子表明该反应存在。
2024-11-14 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
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
Detecting radiation reaction at moderate laser intensities
我们提出了一种新的方法来检测受到中等强度和长持续时间激光脉冲的粒子运动中的辐射反应效应。对于那些通过与激光脉冲的相互作用几乎没有获得能量的粒子来说，这种效应变得相当大。
2013-10-01 physics.class-ph 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
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
Upper Limit of Fusion Reactivity in Laser-Driven $p+{^{11}{\rm B}}$ Reaction
Soongsil University（崇实大学）；Gachon University（嘉泉大学）；Korea University of Technology and Education（韩国科学技术教育大学）；Incheon National University（仁川国立大学）
本文通过等离子体膨胀模型研究激光驱动 p+11B 聚变反应率，确定最优条件并揭示即使在优化条件下聚变反应率也存在上限。
2025-11-08 physics.plasm-ph
Stochasticity effects in quantum radiation reaction
当超相对论电子束与足够强的激光脉冲碰撞时，辐射反应效应可以强烈地改变束动力学。在经典电动力学领域，辐射反应对电子束具有有益的影响，因为它倾向于减少其能量扩散。在这里，我们表明，当量子效应变得重要时，辐射反应引起相反的效应，即，电子束在与激光脉冲相互作用之后展开。我们确定了光子发射的内在随机性，这在全量子制度成为实质性的这种相反的趋势的物理起源。我们的数值模拟表明，预测的随机性的影响，可以测量已经与目前可用的激光器和电子加速器。
2013-01-23 physics.plasm-ph
Robust signatures of quantum radiation reaction in focused ultrashort laser pulses
在量子辐射占优的情况下，研究了电子聚束与超强聚焦超短激光脉冲相互作用中的辐射反应效应。角分辨康普顿散射光谱计算在激光脉冲的可变持续时间使用半经典描述的辐射为主的动力学和一个完整的量子处理的发射辐射。依赖于激光脉冲的持续时间，我们发现量子辐射反应的辐射光谱，这是特征的聚焦激光束和可见的定性行为的角度扩展和光谱带宽的辐射光谱中的签名。该签名相对于电子和激光束参数在大范围内的变化是鲁棒的。它们在性质上完全不同于经典辐射反应体系中的那些，并且可以用目前可用的激光技术测量。
2014-05-16 physics.plasm-ph quant-ph
Laser initiated p-11B fusion reactions in petawatt high-repetition-rates laser facilities
本研究利用VEGA III拍瓦激光的高重复频率，在低能量下通过“投手-接手”方案累积多次发射，探索并优化了激光驱动的p-11B聚变反应及α粒子产生。
2024-11-07 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
Detecting Quantum Stochastic Effects in Radiation Reaction via Laser-Produced Surface QED Plasmas
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
提出用超强激光照射V形等离子体腔，通过表面波与电子束碰撞触发辐射反作用，利用三维PIC模拟发现量子随机模型在偏转电子束中保留高能成分，形成可观测的角谱特征。
2026-06-28 physics.plasm-ph
Deuteron-induced reactions generated by intense Lasers for PET isotope production
我们研究了利用激光加速质子/氘核通过核反应$^{11}$ B（$p,n$）$^{11}$ C和$^{10}$ B（$d,n$）$^{11}$ C产生正电子发射断层成像（PET）同位素的可行性。第二个反应具有正的Q值并且没有能量阈值。因此，人们可以利用激光产生的氘核的低能量部分，其中包括大部分加速的氘核。在劳伦斯利弗莫尔国家实验室的泰坦激光器上，每次激光照射，由反应$^{10}$ B（$d,n$）$^{11}$ C产生的$^{11}$ C估计为7.4 $\times$ 10 $^{9}$。同时，估计高重复台式激光照射每次从相同反应产生3.5 $\times$ 10 $^7$ $^{11}$ C。就$^{11}$ C活性而言，其约为每次发射2 $\times$ 10 $^4$ Bq。如果该激光器提供kHz，则在3分钟后将活动积分为1 GBq。该数量对于PET在医学成像中的实际应用是足够的。
2011-01-14 physics.med-ph physics.plasm-ph
Radiation Reaction in High-Intensity Fields
在P. A. M.狄拉克在1938年提出的辐射反应模型中，许多作者都试图重新表述这种所谓的辐射反应。最近，这种效应在超强激光-电子（等离子体）相互作用中变得重要。在我们最近的研究中，我们发现了利用QED真空涨落稳定辐射反应的方法[PTEP 2014，043 A01（2014），PTEP 2015，023 A01（2015）]。另一方面，当激光强度高于1022 W/cm 2时，应考虑高强度入射激光场对辐射场的修改，这可以通过下一代超短脉冲10 PW激光器来实现，例如正在建设的ELI-NP设施。本文在Dirac模型的基础上，提出了用运行电荷-质量方法来描述高强度外场作用下的QED同步辐射，并利用QED真空涨落来稳定QED真空涨落。
2015-08-26 physics.plasm-ph
Experimental signatures of the quantum nature of radiation reaction in the field of an ultra-intense laser
描述电子在任意强度的外电磁场中的动力学是电动力学中最基本的突出问题之一。值得注意的是，到目前为止，还没有一致接受的超高强度的理论解决方案和很少或没有实验数据。基本的挑战是包括电子与电子自身发射的场的自相互作用--所谓的辐射反作用力。我们在这里报告的强辐射反应的实验证据，在一个全光学实验中，高度相对论性的电子（最大能量超过2 GeV）通过一个超强激光场（峰值强度为$4\times10^{20}$ W/cm $^2$）的传播过程中。在它们自己的静止坐标系中，最高能量的电子经历高达量子电动力学临界场的四分之一的电场，并且可以看到在通过激光场的传播期间损失高达30%的它们的动能。实验数据表明，在电子动力学的量子效应的签名在外部激光场，可能显示偏离恒定交叉场近似。
2018-07-30 physics.plasm-ph
Determination of plasma screening effects for thermonuclear reactions in laser-generated plasmas
由于屏蔽效应，天体物理等离子体中的核反应可能与实验室中的表现不同。从理论上研究了确定碰撞激光产生的等离子体中这些屏蔽效应的大小的可能性，作为出发点，在极端光基础设施设施中使用两束激光束进行了拟议的实验设置。与固体靶相互作用的激光脉冲通过靶正常鞘加速方案产生等离子体，并且该快速流动的等离子体（离子流）冲击由第二激光脉冲在气体射流靶上的相互作用产生的二次等离子体。我们在这里模拟了这种情况，并计算了与天体物理相关的反应$^{13}$ C（$^4$ He，$n$）$^{16}$ O的反应事件。我们发现，它应该是实验上可能的，以确定等离子体屏蔽增强因子的聚变反应，通过检测两种情况下的离子流与等离子体靶和一个简单的气体靶相互作用的反应事件之间的差异。这提供了一种方法来评估核反应截面在恒星环境中，可以显着推进核天体物理学领域。
2017-03-28 nucl-th physics.plasm-ph
Enhanced α particle generation via proton-boron fusion reactions in laser-modulated plasma
该研究利用激光烧蚀硼等离子体与高能质子束相互作用触发质子-硼聚变，发现等离子体中强电磁场延长质子传输路径，使α粒子发射效率较冷硼提高200倍以上，为先进聚变能源研究提供新思路。
2024-01-14 physics.plasm-ph
Particle Deceleration for Collective QED Signatures
量子电动力学级联产生的电子-正电子对等离子体中的频率上移被认为是集体效应的第一个实验特征。由于产生的对的高有效质量将减少任何频率变化，因此在实验室框架中最小洛伦兹因子处的停止对被认为是对激光上移的主要贡献。然而，我们证明，只考虑停止粒子不适当地忽略了粒子的贡献，在激光传播方向上重新加速。重新加速的粒子，在每个粒子的基础上，应该更强烈地影响激光，并在更长的时间尺度上。为了最大限度地提高粒子对激光上移的贡献，我们考虑了拉盖尔-高斯（LG）模式，以更好地反射产生的对。与高斯光束相比，LG模式在粒子减速和再加速方面没有优势，但LG模式可以在更长的持续时间内保持粒子贡献，从而允许更多的对密度积累。用结构化光束减速以将对保持在激光器内应该产生更大的升档，从而降低对驱动激光器的要求。
2022-04-14 physics.plasm-ph
Quantum radiation reaction in laser-electron beam collisions
利用现有的高强度激光装置，实现高能电子的量子辐射反应机制是可能的。使用尾场加速器将GeV电子驱动到反向传播的激光脉冲中的实验将证明量子同步辐射的随机性质引起的高能光子产额的增加：我们表明，$10^9$ 1 GeV电子束与强度为$10^{22}~\text{Wcm}^{-2}$的30 fs激光脉冲碰撞将发射能量大于700 MeV的6300个光子，$60\times$经典理论预测的数字。
2015-03-03 hep-th physics.plasm-ph
Optimal Parameters for Radiation Reaction Experiments
随着新的激光设备的发展，其强度达到10^22 ~ 10^24 W·cm^-2，理解强场量子电动力学过程（如量子辐射反应）的影响变得越来越重要，因为在这些强度下，强场量子电动力学过程将在激光-等离子体相互作用中发挥主导作用。最近的全光学实验，其中GeV电子从激光尾场加速器遇到一个反向传播的激光脉冲与a_0 > 10，产生的辐射反应的证据，但没有最终确定量子效应，也没有最合适的理论描述。在这里，我们展示了碰撞的数量和实现这一目标所需的条件，基于现实条件下的辐射反应实验的模拟活动。我们的结论是，虽然光子谱的临界能量区分经典和量子校正模型，区分随机和确定性量子模型的一个更好的手段是在电子能量扩散的变化。这是强大的打击到射击波动和必要的激光强度和电子束能量已经可用。例如，我们表明，只要电子能量分布低于25%，在a_0 = 10与电子能量为500 MeV的碰撞可以区分不同的量子模型在30下的镜头，即使镜头到镜头的变化在50%的水平。
2019-01-25 physics.plasm-ph
Experimental evidence of radiation reaction in the collision of a high-intensity laser pulse with a laser-wakefield accelerated electron beam
强电磁场中高能粒子的动力学可能会受到加速过程中辐射发射产生的能量损失（称为辐射反应）的严重影响。当与高能电子束相互作用时，今天的激光足够强，可以探索经典和量子辐射反应机制之间的转变。本文报道了由激光尾场加速产生的超相对论电子束（$\varepsilon > 500$ MeV）与强激光脉冲（$a_0 > 10$）碰撞中的辐射反应。我们测量碰撞后的电子光谱中的能量损失，这是与检测到的信号的硬光子（$γ$ -射线），与辐射反应的量子（随机）描述一致。所产生的$γ$射线具有最高的能量，但从全光学逆康普顿散射计划报告，与临界能量$\varepsilon_{\rm crit} > $ 30兆电子伏。
2018-01-04 hep-ph physics.plasm-ph
Extreme laser pulses for possible development of boron fusion power reactors for clean and lasting energy
极端的激光脉冲驱动非平衡过程中的高密度等离子体允许增加的氢与硼同位素11的融合的9个数量级的能量增益以上的经典值。这是由激光场的非线性（有质动力）力通过等离子体块的非热膨胀加速引发反应的结果，除了雪崩反应，现在已经在实验和理论上表现出来。一个非常紧凑的聚变动力反应堆的设计计划，然后生产环境完全清洁和取之不尽的能源，在有利可图的低成本。在纳秒期间在立方毫米体积内的反应只能用于受控发电。
2017-03-17 physics.plasm-ph
Neutron production from thermonuclear reactions in laser-generated plasmas
对激光等离子体中热核反应产生强流中子束进行了理论研究。到目前为止，最先进的中子束是通过激光诱导粒子加速产生的，导致高能粒子束随后与次级靶相互作用。在这里，我们表明，两个数量级窄带宽的中子束可以从热核反应中产生的等离子体拍瓦级激光器。这种中子束的强度比现有技术的激光驱动中子束的强度低大约一个或两个数量级。为此，我们研究了反应$^2$ H（$d$，$n$）$^3$ He在拍瓦级激光与D $_2$气体射流靶和CD $_2$固体靶相互作用产生的等离子体中。结果还表明，在天体物理学感兴趣的低温下直接测量反应速率的可能性。此外，与D $_2$气体喷射靶的情况相比，CD $_2$固态靶的使用还可以导致对等离子体屏蔽的极大增强，为研究天体物理学领域中迄今未解决的问题开辟了新的可能性。
2020-02-14 nucl-th physics.plasm-ph
Radiation reaction in electron-beam interactions with high-intensity lasers
被电磁场加速的带电粒子发出辐射，由于动量守恒，辐射必须对发射粒子产生反冲。这种反冲力被称为辐射反应，强烈地影响了超相对论电子在强电磁场中的动力学。这种环境在天体物理学中存在，例如在中子星磁层中，并将在下一代高强度激光设施的激光物质实验中创造。在许多这样的情况下，辐射的单个光子的能量可以与发射粒子的能量相当，这不仅需要对辐射反应进行建模，而且需要对量子辐射反应进行建模。在世界范围内发展的多拍瓦激光系统的大型设施，并期望他们将创建聚焦电磁场与前所未有的强度$> 10^{23}~\mathrm{W}\text{cm}^{-2}$，激发了新的兴趣，这些影响。在本文中，我回顾了理论和实验的进展，了解辐射反应，和量子效应相同的，在高强度的激光场，探测与超相对论电子束。特别是，我们将讨论分析和数值方法如何深入了解新的辐射反应诱导动力学，以及如何在现有的激光设施的实验中探索相同的物理。
2020-03-30 hep-ph physics.plasm-ph
Measuring quantum radiation reaction in laser--electron-beam collisions
今天的高强度激光设备产生短脉冲，在紧聚焦时，可以达到$10^{22}\,\mathrm{Wcm}^{-2}$的峰值强度，在长聚焦时，尾场加速电子到GeV能量。辐射反应为主的制度，其中从随机光子发射的反冲变得显着，可以达到这样的电子束与强烈的短脉冲的碰撞。测量伽马射线中发射的总能量或电子束碰撞后能谱中显著耗尽区的存在将提供辐射反应的强有力证据，前提是有足够的电子穿透最高激光强度的区域。为实现这一目标所需的时间的准确性的约束给出了正面碰撞。
2015-05-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Gamma-ray beams with large orbital angular momentum via nonlinear Compton scattering with radiation reaction
大角动量γ射线束是在实验室中研究天体物理现象的一种非常有价值的工具。利用强激光脉冲与超相对论电子的非线性康普顿散射，研究了具有很大轨道角动量的准直$γ$光束的产生。在量子辐射占优的情况下，数值计算了吸收的激光光子、量子辐射和电子之间的角动量守恒。我们指出，吸收的激光光子的角动量并不完全转移到发射的$γ$ -光子，但由于辐射反应之间共享的$γ$ -光子和相互作用的电子。角动量转移的效率相对于激光和电子束参数进行了优化。伴随的电子-正电子对产生的过程进一步显示出增强的轨道角动量获得的$γ$ -射线束。
2018-02-13 physics.plasm-ph
Fusion reactions initiated by laser-accelerated particle beams in a laser-produced plasma
高强度脉冲激光技术的出现使得物质在远离热平衡的条件下产生极端状态成为可能。这反过来又可以使不同的方法从核聚变中产生能量。放宽平衡要求可以扩大聚变燃料中使用的同位素范围，允许更清洁和更少危险的反应，不产生高能中子。在这里，我们提出并实现了一种手段来驱动质子和硼-11核之间的聚变反应，通过碰撞激光加速质子束与激光产生的硼等离子体。我们报告的质子硼反应速率的数量级高于以前报道的。除了聚变，我们的方法还展示了一种探索低能核反应的新方法，例如在天体物理等离子体和相关环境中发生的反应。
2013-10-08 nucl-ex physics.acc-ph physics.optics
Electron-beam dynamics in a strong laser field including quantum radiation reaction
在强场QED框架下研究了电子束与强平面波场正面碰撞的演化过程，其中考虑了光子辐射引起的辐射反应效应。采用动力学的方法来描述的电子和光子的分布，它示出，在一个给定的总激光能量密度的最终电子分布取决于激光包络的形状和脉冲持续时间，在对比辐射反应的经典预测的基础上的Landau-Lifshitz方程。最后，它是研究如何对创建过程中导致的非线性耦合演化的电子束中，所产生的带电粒子，和所发射的光子。
2014-08-06 hep-ph physics.plasm-ph
Quantum effects on plasma screening for thermonuclear reactions in laser-generated plasmas
采用基于密度矩阵的量子等离子体屏蔽模型，对激光等离子体中的热核反应$^{13}$ C（$α$，$n$）$^{16}$ O和$^2$ H（$d$，$n$）$^3$ He进行了理论研究.对于冷的和致密的（固态密度）等离子体，我们的研究结果表明，量子效应可以提高等离子体屏蔽热核反应的一个数量级相比，经典的情况。这一结果可能对核天体物理学预测产生影响，也可能对聚变能量增益前景发挥作用。我们的模拟使我们能够确定激光产生的等离子体的实验设置中的量子效应等离子体屏蔽可以在现有的高强度激光设施确认。
2022-04-20 nucl-th physics.plasm-ph
Spatiotemporal evolution of emission and absorption signatures in a laser-produced plasma
本文报道了纳秒激光等离子体中铝原子的发射和吸收特性的时空演化。等离子体由Inconel靶产生，其含有$\sim $ 0.4重量% Al，使用来自Nd：YAG激光器的1064 nm、~ 6 ns半高全宽脉冲，Ar覆盖气体压力为~ 34 Torr。Al I（394.4 nm）跃迁的时间分布从采用飞行时间（TOF）发射和激光吸收光谱的等离子体内的各个空间点收集，并且它们提供所选跃迁的激发态和基态群体的动力学。发射和吸收特征在其时间分布中显示出多个峰，尽管它们在等离子体开始后出现在不同的空间位置和时间。的吸收时间分布显示出早期的时间签名表示冲击波传播到周围的气体。我们还使用了发射和吸收光谱的特点，用于测量等离子体的各种物理性质。吸收光谱曲线用于测量线宽、柱密度和动力学温度，而发射光谱用于测量激发温度。在等离子体中的各个空间点的激发和动力学温度之间的比较。我们的研究结果强调，飞行时间测量提供了一个资源丰富的工具，显示时空LPP动态具有更高的空间和时间分辨率比光谱测量是可能的，但很难解释没有额外的信息激发温度和线宽。因此，吸收和发射TOF和光谱测量的组合提供了比单独使用任何一种技术可能的更完整的LPP时空动态的图片。
2022-01-25 physics.plasm-ph
A novel fusion reactor with chain reactions for proton-boron11
利用激光-等离子体相互作用和磁约束结构，本文提出了一种概念性聚变反应堆。我们的反应器由以下组成：1）产生硼11和氢离子加上电子的背景等离子体并保持一定时间，密度为毫克/厘米3，温度为数十电子伏特。因此，辐射水平和等离子体热压都非常低。2)用高功率激光辐照固体靶，产生强冲击波，在靶中诱导出等离子体通道。这种机制在激光方向上传递质子的加速度。必须调整机制，使质子达到600 keV的动能（注意，这个值不是温度）。3)这些超快质子进入背景等离子体并与硼11碰撞，产生3个2.9 MeV的α。4)聚变产生的阿尔法粒子与等离子体中的质子碰撞，并将它们加速到600 keV，引起链式反应。5)感应电流和磁瓶的组合使链式反应过程持续进行，脉冲足够长以获得高能量增益。6)必须更换用于背景等离子体和激光靶的材料以开始新的链式反应循环。
2019-12-03 physics.plasm-ph
Comments to "High current ionic flows via ultra-fast lasers for fusion applications" by H. Ruhl and G. Korn (Marvel Fusion, Munich)
我们评论Marvel Fusion的建议，即使用超短，强激光脉冲撞击纳米结构的目标，以产生热离子，最终目标是通过p-11B聚变反应产生能量。我们展示了如何对加热区域的线密度的最低要求，也出现了这样的计划，旨在点火或只是光束能量放大，这已经为D-T反应是禁止的，如果没有预压缩的目标是预见的。我们的结论是，先进的超短激光脉冲可以用于聚变应用，只有当聚变反应时间可以降低到足够短的值。这只能通过靶的强预压缩来实现，这似乎难以与纳米结构靶协调，特别是与支持者所示的燃料组件几何形状协调。
2023-02-03 physics.plasm-ph
Generation-Resolved Signatures in QED Cascades: Diagnostics for Ultraintense Laser Parameters
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）
本研究开展超强激光与GeV电子束对撞引发的QED级联的代分辨分析，通过追踪级联各代演化的蒙特卡洛模型，发现辐射反应抑制高产额、正电子能谱随参数软化等规律，建立标度关系，提出用可观测参量诊断激光强度与脉宽的新方法。
2026-08-05 physics.plasm-ph
Controlled Shock Shells and Intracluster Fusion Reactions in the Explosion of Large Clusters
利用两个不同强度的连续激光脉冲和适当的时间延迟，可以对超大型氘团簇（$\sim 10^6 - 10^7$原子）库仑爆炸中的离子相空间动力学进行剪裁.对于合适的激光参数（强度和延迟），大规模的冲击壳在爆炸过程中形成，从而大大增加了单个爆炸集群内的聚变反应的概率。为了分析离子动力学和评估团簇内反应速率，使用一维理论，该理论近似地解释了电子从团簇中的排出。据发现，对于非常大的集群（初始半径$\sim$ 100 nm），和最佳的激光参数，集群内融合产率变得可比的集群间融合产率。三维粒子模拟结果的有效性得到证实。
2006-04-18 physics.plasm-ph
Optimized plasma high harmonics generation from ultra-intense laser pulses
研究了强流短脉冲激光等离子体中高次谐波的产生，在等离子体动力学中考虑了离子运动、电子-离子碰撞和辐射反作用力的影响。激光辐射压力通过打孔效应诱导等离子体离子运动，导致谐波谱的频移和展宽。经典辐射反作用力稍微减轻了由离子运动引起的频率展宽。基于这些结果和物理考虑，给出了产生单个强阿秒脉冲和相干XUV辐射的最佳区域的参数图。
2017-04-18 physics.plasm-ph
Quantum quenching of radiation losses in short laser pulses
加速的电荷会辐射，因此必须损失能量。这种能量损失对粒子运动的影响，称为辐射反应，在强激光物质相互作用中变得重要，它可以减少碰撞能量，阻碍粒子加速方案，并且似乎是不可避免的。在这里，我们表明，这种共同的信念打破了短激光脉冲，能量损失和辐射反应可以控制和有效地关闭适当的调谐脉冲长度。在经典物理学中，这种发射的“淬灭”是不可能的，但由于量子发射的离散性质，在QED中成为可能。
2017-02-12 physics.plasm-ph
On-shot diagnostic of electron beam-laser pulse interaction based on stochastic quantum radiation reaction
超相对论性电子束-激光脉冲散射实验是研究QED和在很大程度上尚未探索的强场区域中新物理的可能特征的主力。然而，拍摄到拍摄的电子束和激光脉冲参数的波动，使其难以辨别的相互作用的动态。因此，对实验结果进行基准理论预测的可能性，这是验证理论模型所必需的，是非常有限的。在这里，我们表明，量子发射事件的随机性提供了一个独特的路线上拍摄诊断的电子束-激光脉冲相互作用，因此铺平了道路，为精确测量强场QED效应。
2020-07-06 hep-ph physics.plasm-ph
Novel Signatures of Radiation Reaction in Electron-Laser Sidescattering
本研究针对电子束与强激光90度侧向碰撞场景，解析推导结合3D蒙特卡洛模拟，发现辐射反应会使电子向束轴偏转的新特征，验证其可被现有激光技术观测，并探讨间接观测激光消耗的可能。
2024-05-29 hep-ph physics.optics physics.plasm-ph
Radiation back-reaction in relativistically strong and QED-strong laser fields
分析了相对论强激光脉冲场中电子的辐射。在脉冲强度为\ge 10^{22} W/cm ^2时，只要电子能量足够高：E \ge 1 GeV，反向传播电子的发射就会受到量子电动力学（QED）效应的影响。首次从QED原理导出了电子所受的辐射力，并将其适用范围向QED强场扩展。
2009-10-22 physics.class-ph physics.plasm-ph
Radiation reaction measurements via single-shot energy-loss determination in high-intensity laser-electron collisions
Helmholtz Institute Jena（耶拿亥姆霍兹研究所）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（GSI重离子研究中心有限公司）；Institute of Optics and Quantum Electronics（光学与量子电子学研究所）
研究通过特定实验几何结构在高强度激光-电子碰撞中直接单次测量辐射反应能量损失，利用90度散射几何结构同时测碰撞前后电子束光谱，推导相关表达式并经数值模拟证明方案可行。
2026-07-15 hep-ph physics.plasm-ph
