Electron penetration heating in turbulent magnetic loops driven by nonrelativistic laser-plasma interaction
Stanford University（斯坦福大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）
研究非相对论激光脉冲在亚临界等离子体中传播的粒子-细胞模拟，发现湍流磁环中电子穿透加热机制，为理解非相对论激光脉冲照射下亚临界等离子体中的超重力电子加热提供新视角。
2026-06-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Analytic model of stable shock-like structures in laser interaction with underdense plasma for identifying of phase and polarization dependent regime of laser wakefield accelerators
本文建立了解析模型和数值方法，用于描述超强激光在低密度等离子体中形成的稳定激波状结构，并据此快速识别载波包络相位效应显著、相位与偏振依赖的超有质动力机制，以加速激光尾波场加速器的设计。
2024-10-23 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Compton Scattering in Plasma: Multiple Scattering Effects and Application to Laser-Plasma Acceleration
我们在有效场论的框架下探讨了等离子体介质中电子加速的物理过程。采用多重康普顿散射机制，它被发现，可以在这样的介质中，以获得高达$O(100 \rm{MeV})$的数量级的能量在厘米内持续的加速。通过适当调整等离子体参数和光子频率，可以获得准直的单能电子谱。目前的工作是潜在的有用的理解激光等离子体加速器的物理。
2013-03-06 physics.plasm-ph
A New Scheme for High-Intensity Laser-Driven Electron Acceleration in a Plasma
提出了一种利用强激光驱动等离子体中电子加速的新方法。在这里，我们证明了由入射激光脉冲的受激前向散射产生的等离子体波可以在一个最长的加速阶段与入射激光波。这就是为什么等离子体波具有最大的放大系数，这是由击穿（翻转）电场，其中注入的相对论束电子的加速发生确定。本文定性地估计了强激光脉冲在等离子体中受激前向散射产生的等离子体波场中相对论电子的加速参数。
2014-05-07 physics.plasm-ph
A New Scheme for High-Intensity Laser-Driven Electron Acceleration in a Plasma 2
本文提出了一种新的方法来研究高强度相对论激光驱动的等离子体中的电子加速。在这里，我们证明了由入射激光脉冲的受激前向散射产生的等离子体波可以在最长的加速阶段与注入相对论束电子。这就是为什么等离子体波具有最大放大系数，该最大放大系数由加速时间和击穿（翻转）电场确定，在击穿（翻转）电场中发生注入的电子束的加速。我们必须注意到，对于最长的加速阶段，注入电子束的相对性在我们的方案中起着至关重要的作用。本文定性地估计了强激光脉冲在等离子体中受激前向散射产生的等离子体波场中相对论电子的加速参数。
2014-12-15 physics.plasm-ph
Parallel acceleration due to the radial electric field in a magnetized plasma with low-frequency turbulence
利用Fokker-Planck相空间随机输运方程，揭示了湍流磁化等离子体平行加速的一种新的物理机制。研究发现，由于径向电场和磁矩守恒，带电粒子的随机行走与粒子平行速度的随机变化有关。这种相关性导致等离子体与有限的平行流体流的平行加速。
2014-06-30 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
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
Synergistic Laser Wakefield/Direct Laser Acceleration in the Plasma Bubble Regime
提出了激光尾流场/直接激光等离子体混合加速器的概念。在激光脉冲产生的等离子体泡内经历共振电子感应加速器振荡的相对论电子通过直接从激光脉冲及其等离子体尾流获得能量而被加速。自注入等离子体电子的所得分叉相空间包含经历超过标准一维极限的尾流场加速的群体，这是因为其运动的多维性质减少了电子与尾流之间的相位滑移。
2014-12-22 physics.plasm-ph
Laser acceleration of ion bunches at the front surface of overdense plasmas
用粒子模拟方法研究了强激光脉冲与过密等离子体相互作用中离子的加速过程。对于圆偏振的激光脉冲，高密度的离子束移动到等离子体中产生的激光-等离子体相互作用表面。一个简单的分析模型占的数值观测，并提供作为脉冲强度和等离子体密度的函数的离子束能量和产生时间的标度律。
2005-01-31 physics.plasm-ph
Anticorrelation between Ion Acceleration and Nonlinear Coherent Structures from Laser-Underdense Plasma Interaction
在激光等离子体实验中，我们观察到，离子加速从库仑爆炸的等离子体通道由激光钻孔，被阻止时，多个等离子体不稳定性，如双折射和软管，和非线性相干结构（涡/后孤子）出现在一个超短激光脉冲的尾迹。纵向等离子体密度斜坡的剪裁使我们能够控制这些不稳定性的发生。我们推断，在我们的条件下，当等离子体在临界密度的10%左右时呈现出250 μm量级的梯度（高斯拟合），从而阻碍了加速时，激光脉冲被耗尽到这些结构中。一个有前途的实验装置与长脉冲的证明，使激发一个孤立的相干结构的偏振测量，并在进一步的观点，离子等离子体加速效率的参数研究。
2011-10-26 physics.plasm-ph
Comoving acceleration of overdense electron-positron plasma by colliding ultra-intense laser pulses
本文介绍了用粒子模拟方法（PIC）对电子-正电子等离子体（e+e-）在同向电磁脉冲作用下的持续加速过程的模拟结果。用线偏振超短激光脉冲从两侧照射过密e ~+e ~-等离子体薄板时，当等离子体被压缩到小于~ 2相对论趋肤深度时，脉冲被透射。一小部分等离子体然后被捕获，并有效地加速自诱导JxB力。对于1微米激光和1021 Wcm-2的强度，最大能量在皮秒内超过GeV。
2006-03-17 physics.plasm-ph
Wakefield acceleration in atmospheric plasmas: a possible source of MeV electrons
强烈的电磁脉冲与等离子体相互作用可以产生等离子体振荡的尾流。在这种振荡中捕获的电子可以在某些条件下被加速到非常高的能量。本文研究了大气等离子体尾场加速产生MeV电子的条件。这种机制可以解释MeV或逃逸电子的起源，在目前的理论中所需要的地面伽玛射线闪光的生产。
2015-06-23 physics.plasm-ph
Multi-Stages Proton Acceleration Booster in Laser Plasma Interaction
在激光等离子体相互作用中，离子能量的显著增加表现为几个阶段的后加速。强短脉冲激光照射等离子体靶时，高能电子被加速产生强电流。强电流沿着等离子体中的高能电子流产生强磁场。在磁场的增加阶段，根据法拉第定律，感应出纵向感应电场，用于正向离子加速。多级中的感应加速和靶法向鞘层加速提供了离子能量的独特可控性。通过四级连续加速，我们的2.5维粒子模拟表明，离子能量显著增加了几百MeV，最大质子能量达到254 MeV。
2012-10-26 physics.plasm-ph
Probing electron acceleration and X-ray emission in laser-plasma accelerator
虽然激光等离子体加速器已经证明了电子加速到千兆电子伏能量的强大潜力，但用于研究加速物理的实验工具很少。在本文中，我们展示了一种方法来探测的加速过程。垂直于主光束传播的第二激光束在主光束产生加速等离子体波之前几纳秒聚焦在气体射流中。这第二束光的强度足以使气体膨胀，并形成密度耗尽，这将局部抑制加速。沿着相互作用长度扫描密度耗尽的位置，以探测电子注入和加速以及电子感应加速器X射线发射。为了说明该方法的潜力，研究了注入位置随等离子体密度的变化。
2013-09-26 physics.plasm-ph
Underdense relativistically thermal plasma produced by magnetically assisted direct laser acceleration
我们介绍了第一种方法，体积产生相对论热等离子体在气体射流可及密度。使用完全动力学模拟和理论，我们证明了两个阶段的直接激光加速驱动的两个激光脉冲在外加磁场可以加热一个显着的等离子体体积多兆电子伏的平均能量。最高的动量特征是2D各向同性的，在相互作用后仍然存在，并且包括大多数电子，使得实验能够首次在光学可诊断的制度中获得体相对论的高能量密度等离子体。
2022-02-14 physics.plasm-ph
Positron acceleration in plasma waves driven by non-neutral fireball beams
本研究提出一种基于非中性火球束（驱动束与正电子束空间重叠）的正电子加速方案，束流自洽演化形成空心驱动束和轴向聚焦正电子束以驱动等离子体波，为基于等离子体的轻子对撞机提供了新路径。
2023-09-10 physics.plasm-ph
Numerical study of electron acceleration by microwave-driven plasma wakefields in rectangular waveguides
School of Physics, Universidad Industrial de Santander（桑坦德工业大学生物物理学院）
本研究通过三维粒子-细胞模拟，探讨了微波驱动等离子体wakefield在矩形波导中对电子加速的机制，发现最佳加速需电子预加速至接近微波脉冲群速，能量增益可达10² keV。
2026-02-18 physics.plasm-ph
Electron Acceleration in Underdense Plasmas Described with a Classical Effective Theory
本文提出了一种有效的激光等离子体粒子加速理论。在这里，我们把等离子体作为一个连续介质的折射率$n_{m}$，其中一个单一的电子传播。由于该模型的简单性，我们不需要进行PIC模拟来研究电子加速的特性。研究了电子在洛伦兹力作用下的运动特性，并对相对论运动方程进行了数值求解和分析。我们比较了我们的结果PIC模拟和实验数据。关键词：欠密等离子体;电子加速;经典电动力学;相对论运动方程;超短激光脉冲
2015-02-19 physics.plasm-ph
Electron acceleration by laser plasma wedge interaction
一个新的电子加速机制被确定，开发时，相对论强激光照射的楔形过密等离子体。这引起了具有显著纵向电场的衍射电磁波，其将来自等离子体的电子在长距离上加速到相对论能量。利用$I λ_0^2 =3.5\times 10^{19}\,{\rm W μm^2/cm^2}$激光束获得了能量高达100 MeV的高电荷态电子束团。一个简单的分析模型支持的多维粒子模拟，证实了所提出的加速方案的效率和鲁棒性。
2022-02-16 physics.plasm-ph
Particle-in-Cell Codes for plasma-based particle acceleration
本文讨论了粒子模拟程序的基本原理及其在等离子体加速中的主要应用。从头算全电磁相对论PIC程序提供了最可靠的描述等离子体。他们的属性被认为是详细的。作为最基本的模型，完整的PIC代码在计算上是昂贵的。基于等离子体的加速是具有非常不同尺度的多尺度问题。最小的尺度是激光或等离子体波长（从1到100微米），最大的尺度是加速距离（从几厘米到几米甚至几公里）。Lorentz-boost技术允许以使模拟复杂化并导致代码中的非物理数值不稳定性为代价来减小尺度差异。另一种可能性是使用准静态近似，其中不同的尺度被分析地分离。
2015-10-05 physics.plasm-ph
Determination of hybrid and direct laser acceleration dominated regimes in a 55fs laser driven plasma accelerator with ionization induced injection
利用55fs激光驱动等离子体加速器，研究了不同加速机制（直接激光加速（DLA）和尾流场）对等离子体加速的影响。在较低的电子密度，电子加速可以主要归因于DLA电离诱导注入。随着密度的增加，尾流场的作用越来越大，导致混合制度，并在密度高于自注入阈值，实验观察到的DLA和尾流场的贡献是可比的。在纯氮靶的情况下也观察到了主导DLA机制。使用EPOCH代码进行的2D PIC模拟证实了上述情况，并且还显示了表面波的产生，被认为是DLA预加速的潜在机制。
2019-08-08 physics.plasm-ph
Collimation and acceleration of mono-energetic electron beams in Laser Plasma accelerators
基于等离子体加速器的快速发展，我们提出了一个简单的机制，用于生产高度准直的准单色电子束。通过考虑康普顿散射的电子（在等离子体中）与虚光子-通过一个有效的相互作用-我们证明角准直与发散小于3 mrad准单能性质的光束和能量增益为O（1 GeV/cm），在激光诱导加速器。
2011-05-11 physics.plasm-ph
Instabilities, Anomalous Heating and Stochastic Acceleration of Electrons in Colliding Plasmas
研究了两个膨胀等离子体云的碰撞，着重讨论了等离子体混合层中的不稳定性和电子碰撞。这项工作与爆炸产生的激光或z箍缩等离子体的实验室实验直接相关，但也可能阐明天体物理或空间物理背景下自然发生的等离子体碰撞。在以前的出版物[1，2]中，我们已经研究了，分析和数值，从互穿电晕发射的两个平行的线在真空室中蒸发的流动。研究的主要重点是一般的流动模式和低混杂和薄壳不稳定性，在某些条件下发展的碰撞层。本文围绕两个等离子体相互渗透的初始阶段。双流离子-离子不稳定性，有效的电子加热，和随机加速在这个阶段占主导地位的等离子体混合。绝热（可逆）电子加热和随机（不可逆）的加速和加热机制，由不稳定驱动的电场，被认为是。这种不可逆性是由波电场中的电子逃逸加速和离子和中性粒子的俯仰角散射共同作用的结果。
2022-01-11 physics.plasm-ph
Sustained Comoving Acceleration of Overdense Plasmas by Colliding Laser Pulses
我们回顾了最近的PIC模拟结果，这些结果表明，从两侧用超强激光脉冲照射薄的过密等离子体板，可以导致表面电子的持续共动加速，其能量远高于传统的有质动力极限。只有当电子横向漂移出激光束时，加速才会停止。我们展示了基于有限激光光斑尺寸的参数研究的最新2.5D结果，并讨论了可用于测试这些结果的未来激光实验。
2006-04-19 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
Acceleration of macroscopic clusters in crossed magnetic fields
在以前的研究中，我们研究了旋转等离子体流在交叉磁场中由于等离子体流宏观自由度之间的动量转移而加速的问题。在此基础上，我们讨论了含有宏观带电粒子的等离子体流的加速问题。提出的估计，使人们有可能得出一个初步的结论，尘埃等离子体流的轴向加速度。
2018-07-31 physics.plasm-ph
Counter-Streaming Beams in Collisionless Pair Plasma Instability Systems III: Collisionless Heating, Acceleration, and Radiation
University of Kansas（堪萨斯大学）
本文研究无碰撞对等离子体中韦伯不稳定性形成的大电流丝合并的能量转换与动力学效应，并探讨相关辐射过程与抖动及同步辐射的联系。
2025-10-24 physics.plasm-ph
Field-reversed bubble in deep plasma channels for high quality electron acceleration
本文研究了具有光滑边界的空心等离子体通道中激光驱动电子在气泡区的加速。与均匀等离子体的情况相反，激光在前部不形成光学冲击和蚀刻。这增加了有效气泡相速度和能量增益。纵向场具有允许单能量加速的平台。我们观察到低至10^{-3} r.m.s.每个横截面中的相对验证光束能量不确定性和0.3%的总能量扩展。通过改变深槽内等离子体密度分布，可以调节气泡场以平衡激光耗尽和退相长度。推导了深槽中气泡的标度律。超短煎饼状激光脉冲导致每焦耳激光脉冲能量的加速电子的最高能量。
2014-11-20 physics.plasm-ph
Highly efficient acceleration and collimation of high-density plasma using laser-induced cavity pressure
本文提出了一种新的稠密等离子体加速和准直方案。在所提出的方案中，放置在引导通道入口处的腔中的靶被通过孔引入腔中的激光束照射，并通过由靶和腔壁膨胀的热等离子体在腔中产生和积累的压力沿着通道加速。利用1.315 μ m、0.3 ns、能量为200 J的激光脉冲和薄CH靶，在2 mm圆柱形导引通道中，对靶产生的前向加速稠密等离子体弹丸进行了有效的导引和准直，其加速能量效率比常规烧蚀加速高一个数量级。
2010-01-05 physics.plasm-ph
Plasma wakefield acceleration studies using the quasi-static code WAKE
准静态码WAKE [P. Mora和T. Antonsen，Phys. Plasmas { \bf 4}，217（1997）]中的方法进行了改进，以模拟在等离子体尾场加速中超相对论带电粒子束通过暖背景等离子体的传播。升级后的代码以完整的细胞内颗粒代码OSIRIS为基准[Hemker等人，物理修订版ST加速Beams { \bf 3}，061301（2000）]和准静态代码QuickPIC [Huang等人，J. Comp. Phys. { \bf 217}，658（2006）]。本文研究了非零等离子体温度对双束团电子束驱动器的峰值加速电场的影响。结果表明，等离子体温度虽然抑制了加速电场的峰值，但并不影响加速粒子的能量增益和扩散。讨论了等离子体温度对提高网格分辨率下电场数值收敛性的作用。
2014-11-12 physics.plasm-ph
Quasi-monoenergetic multi-GeV electron acceleration in a plasma waveguide
本研究利用PW级激光和光学场电离等离子体通道，实现了准单能电子束的加速，峰值能量超过2 GeV，扩展了激光等离子体加速器的能量范围。
2025-03-28 physics.plasm-ph
Efficient acceleration of a dense plasma projectile to hyper velocities in the laser-induced cavity pressure acceleration scheme
报道了激光诱导腔压加速（LICPA）方案中等离子体弹丸加速的实验研究。在千焦耳PALS激光设施进行的实验中，使用干涉测量法、条纹照相机和离子诊断法测量了射弹的参数，并通过二维流体动力学模拟来支持测量。结果表明，在具有200 J激光驱动器的LICPA加速器中，将4微克金等离子体射弹加速到140 km/s的速度，能量加速效率为15- 19%，这比通常使用的烧蚀加速度至少高出数倍，并且是迄今为止对任何加速到上述速度的射弹测量的最高值。100公里/秒。这一成就为利用中等能量激光创造和研究高能量密度物质状态提供了可能性，也可能对惯性约束聚变的撞击点火方法的发展产生影响。
2017-07-28 physics.plasm-ph
Simple Scalings for Various Regimes of Electron Acceleration in Surface Plasma Waves
通过考虑测试电子与表面波高频电磁场的相互作用，研究了表面等离子体波倏逝场中不同的电子加速机制。研究了非相对论性和相对论性极限。简单的缩放被发现证明的可能性，以实现一个有效的转换的表面波场能量到电子动能。这种电子加速机制可以提供具有明确定义的能量的相对论电子的高频脉冲源。在相对论极限下，最具能量的电子是在表面波的电磁区获得的。在这种情况下，粒子被加速到大于波相速度的速度，主要是在平行于等离子体-真空界面的方向上。
2015-06-28 physics.plasm-ph
Experimental Demonstration of Beam-Driven Wakefield Acceleration in Laser-Plasma Filament
INFN-LNF（意大利国家核物理实验室）；Università di Roma Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；Racah Institute of Physics, Hebrew University（希伯来大学拉卡物理学研究所）
本研究通过实验演示了利用激光等离子体丝实现束驱动激荡加速，展示了超过250 MV/m的加速场，并验证了该方法在高重复率和可控等离子体参数方面的优势。
2026-02-26 physics.plasm-ph
Quasi-monoenergetic electron beams from laser plasma acceleration using nitrogen gas jet
利用脉冲宽度为3 TW、脉宽为45 fs的钛蓝宝石激光脉冲与强度为2 × 1018 W/cm ~ 2的氮气射流相互作用，对激光等离子体加速电子进行了实验研究。我们已经观察到，在最佳等离子体密度约为3 × 10^19 cm^-3时，从氮气射流等离子体中稳定产生了发散度和指向变化约为10 mrad的准直电子束。电子束的能谱是准单能的，平均峰值能量和电荷分别约为25 MeV和30 pC。这些结果将有助于更好地理解和控制高Z气体中电子的电离注入和激光尾场加速，也有助于开发实用的激光尾场加速器，用于各种应用，包括高能加速器的注入器。
2016-12-22 physics.plasm-ph
Electromagnetic and Centrifugal Effects on Plasma Acceleration in the Magnetic Nozzle
本文研究磁喷嘴中电磁与离心效应对等离子体加速的影响，揭示旋转与磁场耦合的额外加速机制，并证明跨声速、跨阿尔芬稳态解的唯一性与稳定性。
2025-06-24 physics.plasm-ph
Ion Diffusion and Acceleration in Plasma Turbulence
粒子传输、加速和激发是空间和实验室等离子体中非常重要的现象。尽管经过多年的研究，仍然缺乏对这些影响的准确理论描述。验证模型与自洽，动力学模拟代表了今天的一个新的挑战，弱碰撞，湍流等离子体的描述。我们进行二维（2D）混合粒子模拟的稳态湍流研究扩散和加速的过程。所选择的等离子体参数允许跨越不同的系统，从太阳日冕到太阳风，从地球的磁鞘到约束装置。为了描述离子扩散，我们采用了非线性引导中心（NLGC）理论的二维情况。最后，我们研究了相干结构对粒子激励和加速的局部影响：电流片起着重要的作用，如果离子拉莫尔半径的顺序电流片的大小。这种类似共振的过程导致违反磁矩守恒，最终增强了速度空间扩散。
2018-03-26 physics.plasm-ph
Staged laser acceleration of high quality protons from a tailored plasma
提出了一种利用激光驱动近临界密度等离子体加速质子的新方案。具有定制密度分布的等离子体允许质子的两级加速。质子在激光驱动的尾流场中被预加速，然后被从等离子体后侧发射的无碰撞激波进一步加速。冲击波的横向尺寸很小，它会产生一个很强的空间电荷场，使质子散焦，只有那些能量最高、能量扩散最低的质子才能保持准直。理论和数值分析表明，产生的高能质子束具有几十倍的能量扩展，几个度的发散和几个nC的电荷。该方案表明，有效地产生准单能质子束的能量高达几百兆电子伏的PW级超短激光。
2018-09-20 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
Quasi-monoenergetic Electron Beams from Laser-plasma Acceleration by Ionization-induced Injection in Low- density Pure Nitrogen
本文报道了用激光驱动4 mm长的氮气射流对电子束进行130 MeV的尾场加速。通过使用中等的激光强度（3.5*10^18 W.cm ^（-2））和相对较低的等离子体密度（0.8*10^18 cm^（-3）至2.7*10^18 cm^（-3）），我们已经实现了激光传播的稳定状态，从而稳定地产生电子束。实验研究了驱动激光能量与激光-等离子体通道和电子束参数的关系。所产生的电子束的质量进行了讨论的电离诱导注入机制的框架内。
2014-10-13 physics.plasm-ph
Shock creation and particle acceleration driven by plasma expansion into a rarefied medium
稠密等离子体通过更稀薄的电离介质的膨胀是从天体物理到高能量密度激光物质实验室实验的各种物理环境中感兴趣的现象。在这里，这种情况是通过1D粒子在细胞模拟建模;在一个同样密集的电子-质子等离子体的中间引入了一个因素100的等离子体密度的跳跃，质子和电子温度分别为10 eV和1 keV。稠密等离子体通过稀薄等离子体的扩散，触发了不同的非线性现象的发生，例如强离子声冲击波和稀疏波。检测到二级结构，其中一些是由漂移不稳定的稀疏波。有效的质子加速发生在冲击之前，使最大质子速度达到初始离子热速度的60倍。
2010-07-01 physics.plasm-ph
LCODE: a parallel quasistatic code for computationally heavy problems of plasma wakefield acceleration
LCODE是一个自由分发的准静态2D 3V等离子体尾流场加速程序，主要用于研究超相对论粒子束在等离子体中的长期传输。光束模型完全相对论宏观粒子在与光速共同传播的模拟窗口;等离子体可以用动力学或流体模型来模拟。使用多种技术来获得卓越的数值稳定性和精度，同时保持高资源效率，使LCODE能够模拟长粒子束在长传播距离上的演化，即使在笔记本电脑上。最近的一次升级使LCODE能够并行执行计算。通过MPI（消息传递接口）通信的多个LCODE进程的流水线能够在单次通过中执行多个连续的模拟时间步。这种方法可以将计算速度提高数百倍。
2015-11-13 physics.plasm-ph
Tail-wave-assisted Positron Acceleration in Nonlinear Laser Plasma Wakefields
相对论激光尾流场加速具有很高的加速梯度，非常适合于短距离电子加速，有望成为下一代小型加速器的候选者。然而，使用这种技术进行正电子加速仍然具有挑战性，因为带正电的粒子在非线性尾场中自然散焦。在这里，我们提出了一个计划，并数值模拟证明加速外部注入的正电子束在非线性激光尾流场中的制度，尾波的密度尖点后面形成。这种尾波可以提供一个聚焦力，除了纵向加速的正电子。三维粒子模拟结果表明，在非线性尾流场中，正电子的捕获效率接近100%是可能的。该方案可能会打开一个简单的方法，紧凑的正电子加速到多个100兆电子伏的太瓦级激光系统在高重复率，而不需要特殊的激光模式和等离子体结构。
2022-07-29 physics.plasm-ph
Effects of hole-boring and relativistic transparency on particle acceleration in overdense plasma irradiated by short multi-PW laser pulses
采用包含辐射摩擦的完全相对论、实几何粒子模拟方法，研究了超短超强激光脉冲在半无限高密度氢等离子体中的传输特性。相对论透明和钻孔制度被发现是敏感的横向等离子体场，后向光反射，和激光脉冲偏转。对于接近$I\sim10^{24}$ W/cm $^2$的激光强度，质子的直接激光加速以及离子库仑爆炸导致它们注入激光脉冲前沿的压缩电子波的加速相。质子被加速到10-20 GeV，密度大约是临界密度的几倍。这种效应强烈依赖于初始密度和激光强度，随着初始密度的增加和激光强度的减小，这种效应消失。
2019-04-19 physics.plasm-ph
Direct laser acceleration in varying plasma density profiles
针对不同等离子体密度分布下的直接激光加速，提出解析估计最大电子能量，并利用密度整形减少加速距离或超越辐射反应极限。
2024-06-15 physics.plasm-ph
Positron acceleration by plasma wake fields driven by a hollow electron beam
研究了利用空心或圆环形电子驱动束产生正电子尾流场的方案。环形的无电子区域围绕中空驱动器束形成，从而产生用于正电子加速的有利区域（纵向场加速，横向场聚焦并且径向线性）。10 GV/m的数量级的加速梯度产生的空心电子束驱动器与FACET一样的参数。峰值加速场随着束驱动器中的总电荷线性增加，而有利区域（$\sim$一个等离子体波长）的轴向尺寸保持近似固定。径向尺寸随着总电荷而下降，但仍然足够大以放置见证正电子束。我们模拟了一个有效的加速23 GeV的正电子束到35.4 GeV的最大能量扩展为0.4%，非常小的发射度超过140厘米的等离子体长度。
2014-10-31 physics.plasm-ph
Single-mode laser guiding in non-parabolic plasma channels for high-energy electron acceleration
本文提出非抛物等离子体通道中的模式匹配条件，实现激光尾场加速的单模导引，消除模式色散和能量泄漏，并在准三维模拟中展示在不到15厘米内获得10 GeV电子能量。
2025-02-05 physics.plasm-ph
Electron Acceleration by a Bichromatic Chirped Laser Pulse in Underdense Plasmas
本文对激光和等离子体加速电子进行了理论研究。一个有效的模型已被使用，其中的欠密等离子体的存在已被考虑通过其折射率$n_{m}$。在这个模型的范围内，基本现象可以通过数值求解经典的相对论运动方程来研究。本文的核心思想是啁啾双色激光场的应用。我们研究了将二次谐波混合到原始$λ= 800 \, \mathrm{nm}$波长脉冲中的优点和缺点。我们对平面波和高斯脉冲进行了计算。
2015-10-13 physics.plasm-ph
Enhancement on Laser Intensity and Proton Acceleration Using Micro-tube Plasma Lens Targets
提出了一种用于增强和操纵激光等离子体相互作用的空心圆柱形微米尺度结构。通过三维粒子模拟表明，入射激光脉冲强度在管内增强。对强化的详细研究优化了管尺寸，并提供了管内强度的表征。通过将微管等离子体透镜耦合到传统的平坦界面，我们显示出在靶强度的增加。我们详细的质子能量增强作为一个潜在的应用微管等离子体透镜目标，其中管结构的作用，以集中的光，并提供额外的电子，提高加速鞘场。
2016-03-17 physics.plasm-ph
Particle resonances and trapping of direct laser acceleration in a laser-plasma channel
激光直接加速（DLA）是激光驱动欠密等离子体的主要加速机制之一，它能够在等离子体通道中产生高能量密度的电子束，具有广泛的应用前景。然而，该机制依赖于高度非线性的粒子激光共振，使其建模和控制非常具有挑战性。在这里，我们报告了粒子共振的新物理学，并在此基础上，定义了一条通往更可控DLA的潜在路径。通过在一个全面的模型内独立地处理电子传播角来获得关键的发现。这种方法揭示了完整的粒子共振在广泛的传播角度，物理制度下，傍轴/非傍轴动力学占主导地位，不同的谐波统一的图片，至关重要的是，这些粒子共振的物理可访问性。这些新的见解可以有重要的影响，我们解决粒子捕获的基本问题作为一个例子。我们展示了如何发现陷阱参数空间可以导致更好的加速控制。更多的影响，这种基本类型的加速度的发展进行了讨论。
2021-04-04 physics.plasm-ph
Enhanced Proton Acceleration by an Ultrashort Laser Interaction with Structured Dynamic Plasma Targets
我们的实验表明，相对温和的超短激光脉冲和结构化的动态等离子体靶的质子到高能量的显着增强的加速。通过在蓝宝石衬底上特殊沉积雪靶并使用精心设计的预脉冲，从5TW激光器中检测到在窄立体角中发射的能量超过21MeV的高质子产额。我们的模拟预测，使用所提出的方案质子可以加速到150兆电子伏以上的能量由100太瓦激光系统。
2013-02-28 physics.plasm-ph
Extremely intense laser-based electron acceleration in a plasma channel
极强激光脉冲（$I>10^{22}~ \mathrm{W/cm^2}$）即将在实验室中使用。这种激光的预脉冲可以引起等离子体膨胀，在近临界气体射流中产生低密度通道。我们提出了一个通道的形成和随后的直接激光加速电子内的预形成的通道的研究。辐射反应以几种方式影响加速度。它首先干扰回流在通道壁上的运动。此外，它降低了横向有质动力的径向排出效率，导致在通道轴附近的粒子的辐射捕获。然后这些粒子与峰值激光强度相互作用，可以获得多GeV的能量。
2019-02-12 physics.plasm-ph
Investigation of toroidal acceleration and potential acceleration forces in EAST and J-TEXT plasmas
为了产生内禀旋转，体等离子体必须通过施加在它们上的净力来集体加速，该净力来自驱动力和阻尼力。因此，要研究内禀旋转产生的可能机制，只需要了解驱动和阻尼项的特性，因为环形驱动力和阻尼力会引起产生内禀旋转的净加速度。在EAST和J-TEXT上对欧姆等离子体进行了实验，并通过密度斜升和斜降产生了净逆流和顺流环形加速。此外，在EAST上，LHCD或ICRF也形成了净并流环向加速度。对于目前的实验结果，环向加速度在逆流方向上为-50 km/s^2和顺流方向上为70 km/s^2之间。根据环向动量方程，环向电场（E（\g（f）、电子-离子环向摩擦力、环向粘性力等对环向旋转的演化起作用。为了评估每一项的贡献，我们首先分析E-（\g（f））的特征。E\-（\g（f））是作用在整个等离子体上并持续整个放电周期的并流环形力之一。结果表明，它驱动了10^3 km/s^2量级的并流环向加速度，这比在EAST和J-TEXT上观测到的实验环向加速度要大得多。因此E（\g（f））是产生并流内禀环向加速度和自转的并流力之一。同时指出，在对流环向力的作用下，必然会产生一个很强的对流环向加速度。电子-离子环向摩擦力是一种逆流环向力，因为整体电子沿逆流方向运动以产生环向等离子体流。
2014-11-25 physics.plasm-ph
