Fuel Target Implosion in Ion beam Inertial Confinement Fusion
为了阐明离子束惯性聚变中的靶物理，给出了燃料靶内爆的数值计算结果。对直接驱动离子束靶进行了数值分析。本文研究了束流斜入射靶面、等离子体对束流停止功率的影响、束流粒子能量、束流持续时间、靶半径、束流输入能量以及非均匀性对燃料靶性能的影响。在本文中，束离子是质子。
2015-04-08 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
Electrostatic solitary waves in ion beam neutralization
在二维粒子模拟中观察到了静电孤立波的激发和传播。来自灯丝的电子被正离子吸引并在离子束脉冲内反弹。然后，来回反弹的电子流开始混合，产生双流不稳定性。随着ESW的形成，不稳定性饱和。这些ESW的纵向尺寸可达几厘米，并且可以长时间稳定。大振幅ESW的激发降低了离子束脉冲的中和度。此外，ESW的耗散引起中和电子的加热和它们从离子束逃逸，导致中和度进一步降低。
2018-10-10 physics.plasm-ph
Charge-exchange measurements of high-energy fast ions in LHD using negative-ion neutral beam injection
本研究在LHD上采用新视线几何结构的FIDA诊断，利用180 keV切向负离子中性束作为主动源，实现了高能快离子的测量，并通过FIDASIM和GNET代码验证了信号的可靠性。
2024-11-15 physics.plasm-ph
Electrohydrodynamic emitters of ion beams
被认为是确定的物理过程，在电流体动力发射器的高发射电流密度的离子束的产生。讨论了高密度束流中离子发射特性所表现的电流体动力学效应和离子相互作用动力学。的因素，确定的发射区的大小，在高和低电流，集群的产生，增加能量分散，并在光束亮度下降的发射的稳定性进行了分析。的EHD发射器的稳定运行的实际维护的问题被认为是。EHD发射器的实际应用被认为是。
2020-03-16 physics.plasm-ph
Beam quality requirements for the Ion-Channel Laser
在本文中，我们确定的电子束的质量要求，以获得指数辐射放大的离子通道激光器，其中相对论电子束摆动的聚焦离子通道，可以在尾场加速器中创建。束流能量和摇摆器参数的扩展应该是有限的。这些扩展限制是皮尔斯参数的函数，在这里计算皮尔斯参数而不忽略辐射衍射。对自洽离子通道激光器的二维和三维模拟证实了我们的理论预言。
2014-04-29 physics.plasm-ph
Characteristics of ion-acoustic solitary wave in a laboratory dusty plasma under the influence of ion-beam
在双等离子体装置中，研究了由Boltzmann分布电子、正离子、正离子束和带负电的静止尘埃组成的非磁化等离子体中，离子束和带电尘埃杂质对尘埃离子声（DIA）孤波（SW）传播的影响.与离子束相互作用时，孤立波分叉为压缩快束模式和稀疏慢束模式，并与主波一起出现。然而，存在一个临界速度的光束，超过该速度的快孤立波的振幅开始减小和稀疏的慢光束模式传播与增长的振幅。然而，在等离子体中的带电尘埃杂质的存在下，降低了这个临界束流速度和一个实质性的修改中观察到的慢束模式的相速度随着尘埃密度的增加。此外，测量了不同束流速度和尘埃密度下的非线性波速度（马赫数）和压缩孤子宽度，并与K-dV方程的结果进行了比较。实验结果与理论预测吻合较好。
2012-09-13 physics.plasm-ph
Neutralization of ion beam by electron injection, Part 1: Accumulation of cold electrons
电子注入离子束电荷中和是一个复杂的动力学过程。最近的实验表明，在被等离子体中和之后，所产生的束的自电势可能远低于等离子体电子的温度[Physics of Plasmas 23，043113（2016）]，这表明动力学效应是重要的，并且可能影响离子束的中和。我们进行了一个数值研究的电荷中和过程的离子束利用二维静电粒子在细胞的代码。结果表明，电子注入电荷中和过程由两个阶段组成。在第一阶段，束的自电势高于注入电子的温度（Te/e）。因此，离子束的中和几乎不受Te的影响，并且所有注入的电子都被离子束捕获。在第二阶段，随着束流电势的下降（），热电子从离子束中逃逸，而冷电子则慢慢积累。因此，可以远低于Te/e。在模拟中发现，在冷电子的积累过程中，尺度为。此外，计算结果还表明，电子源的横向位置对离子束中和有很大的影响。电子源的微小位移会使注入电子的势能增大，从而导致束流电势的大幅度增加。
2019-09-20 physics.plasm-ph
Characteristics of ion beams by laser acceleration in the Coulomb explosion regime
在库仑爆炸加速区，具有窄能量范围的离子束呈现具有一定直径的薄壳形状。离子云具有这些具有不同能量的离子束的分层结构。在斜入射激光中，离子束在激光倾斜方向和垂直于激光倾斜方向上的发散角是不同的。这表明激光脉冲的光斑直径越小，离子束的发散度越大。此外，理论公式产生的离子束的半径和能量谱，它们被证明是符合良好的模拟结果。
2022-05-20 physics.plasm-ph
Time evolution of the process of doping of solids by plasma-ion beams
棒状等离子体注入器产生的强等离子体离子束照射固体是一个强非平衡过程，可以实现许多其他方法无法实现的效果。本文以实验数据为基础，对等离子体离子束的时间和能量分布以及离子对固体的穿透过程进行了数学分析。数值计算的结果已经提出了有关的温度和掺杂浓度的时间演变。
2019-03-26 physics.plasm-ph
Properties of heavy ion beams produced by a PW sub-picosecond laser
本文报道了高能（60 J）高强度（~ 2 × 10^20 W/cm ~ 2）亚皮秒激光脉冲辐照亚微米金靶产生重离子的数值研究结果。利用二维3V粒子模拟程序研究了0.5 μ m金靶在氢污染和无氢污染两种情况下产生的重离子束流的特性。研究发现，在纯靶（没有污染物）的情况下，离子束包含超过20种电荷态> 30的离子种类，高能（> 20 MeV）离子的总数达到10^12以上。离子能谱很宽，最大能量> 1 GeV，平均能量> 100 MeV。在距离靶约1 mm处，离子束的强度为约10^15 W/cm 2，离子注量达到约10^16 ions/cm 2，离子脉冲持续时间为约100 ps。污染物显著降低离子束参数，并且从污染的金靶产生的离子束的平均离子能量以及强度和注量几乎比从纯靶产生的离子束的平均离子能量以及强度和注量低一个数量级。在纯金靶的情况下获得的参数的重离子束在传统的RF驱动加速器中几乎无法实现，因此它们可以打开新研究领域的大门，特别是在高能量密度物理学中。
2020-03-26 physics.plasm-ph
Dust-ion-acoustic solitons in an ion-beam-driven dusty magnetoplasma with adiabatic and nonadiabatic dust charge variations
Central Department of Physics, Tribhuvan University（特里布文大学物理中央系）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）
研究离子束驱动的尘埃磁等离子体中，非绝热和绝热尘埃电荷变化对尘埃离子声孤子的影响，发现束流改变充电过程并导致孤子阻尼，非绝热时极性可转变。
2025-10-16 physics.plasm-ph
Fast ignition driven by quasi-monoenergetic ions: Optimal ion type and reduction of ignition energies with an ion beam array
采用数值模拟方法研究了准单能离子束驱动惯性聚变靶的快速点火。已经考虑了轻离子和中间离子，例如锂、碳、铝和钒。模拟结果表明，氘氚理想压缩组态的最小点火能量几乎与离子原子序数无关。然而，它们是随着离子能量的增加而得到的，其比例近似为Z ^2，其中Z是离子的原子序数。假设离子束可以聚焦成10 μm的光斑，提出了一种新的辐照方案来降低点火能量。中间Z离子，如5.5 GeV的钒，和新的照射方案的组合允许减少点火所需的离子的数量，大致，三个数量级相比，标准的质子快速点火方案。
2014-07-03 physics.plasm-ph
Amplification due to Two-Stream Instability of Self-Electric and Magnetic Fields of an Ion Beam Propagating in Background Plasma
带电粒子束在背景等离子体中的传播作为空间电荷中和的方法已经被示出为实现高度的电荷和电流中和，并且因此能够实现带电粒子束的接近弹道的传播和聚焦。相应地，使用等离子体传播带电粒子束对于惯性聚变和高能量密度实验室等离子体物理中的强粒子束的传输和聚焦具有重要的应用。然而，通过背景等离子体的束离子流可以导致束离子和等离子体电子之间的双流不稳定性的发展。双流不稳定性增强的束流电场和磁场会导致离子束散焦。利用粒子模拟方法，研究了不稳定性驱动的自电磁场和由此产生的离焦力随背景等离子体密度和束离子质量的变化规律。我们确定等离子体参数的散焦力可以减少。
2017-11-27 physics.plasm-ph
Energy dispersion in radiation pressure accelerated ion beams
本文研究了辐射压力加速（RPA）离子束从薄（固体）靶中射出时的能量色散问题。两种不同的加速方案，即相稳定加速和多级加速，被认为是通过分析建模和一维粒子模拟。我们的调查提供了一个更深入的了解RPA，并让我们得到一些产生单能离子束的准则。
2011-05-24 physics.plasm-ph
High current ion beam formation with strongly inhomogeneous electrostatic field
提出了一种新的方法来开发能够形成具有以前无法达到的强度的离子束的提取系统。非均匀加速场的使用允许显著提高离子束形成效率。在不增加加速电压和减小极间距离的情况下，仅通过改变电极的形状来实现电场大小的增加。比较了一种新型的萃取系统和一种最常用的传统的扁平萃取系统。新电极几何形状的使用允许增加在连续波模式下操作的强束源中的电极的寿命。对于电子回旋共振离子源，结果表明，形成高质量的离子束的电流密度大于$1\:A/cm^2$的可能性。
2020-09-06 physics.plasm-ph
MeV Argon ion beam generation with narrow energy spread
激光驱动粒子加速技术在利用强激光装置产生多GeV电子束团和10 s MeV离子束方面取得了显著的进展。强激光脉冲提供了每米1012伏的加速场，比传统加速器大几个数量级，使设备紧凑。在这里，我们报告了一个高度准直的氩离子束与窄能量扩展的45-fs的完全相对论激光脉冲照射到氩团簇靶上产生。高电荷态（16+电荷态的氩离子）重离子束在能量峰值为0.39 MeV/核子处具有0.19 MeV/核子的最小绝对能量扩展。我们从粒子单元模拟中识别出一种新的方案，其极大地减小了射束能量扩散。强流等离子体尾流场对离子束有很强的调制作用，使低能部分被截断。因此，来自库仑爆炸的预加速氩离子束变得更加单能和准直。
2016-01-25 physics.plasm-ph
High-Energy and High-Quality Ion beams in Light Sail Acceleration
照射薄固体密度箔的超强激光脉冲原则上可以加速整个箔，因此产生密集的、准直的和准单能的离子束。这些独特的功能，使光帆制度的辐射压力加速一个有前途的加速机制，适用于密集和高通量的离子束的应用。然而，几种不稳定性的发生通常导致箔变形和加热，这导致辐射压力加速阶段的过早终止和离子谱的强烈加宽。在这里，我们表明：（i）之间的关系，可达到的离子能量每核子和发展的不稳定性存在，这样增加的离子能量的结果增加的横向调制效应和，（ii）上述关系可以削弱与适当匹配的激光脉冲箔参数，这样可以产生高能量密集的离子束与高质量的光谱特征。
2020-02-26 physics.plasm-ph
Characteristics of solitary waves in a relativistic degenerate ion beam driven magneto plasma
研究了离子束存在下相对论简并磁等离子体中小振幅离子声孤波的非线性传播。根据Zakharov-Kuznetsov（Z-K）方程，导出了描述相对论非简并磁化正离子和含有磁化简并相对论电子的离子束中孤立波演化的非线性方程组。离子束是这类等离子体系统中普遍存在的成分，它对高密度等离子体系统中孤立波的传播起着决定性的作用。在不同物理参数的适当条件下，详细地考察和讨论了波传播具有典型孤子特性的条件。亚声波和超声波都可以在不同物理条件下具有不同特性的等离子体中传播。波在亚音速和/或超音速制度进行了详细的分析。在弱（或非相对论）和相对论等离子体中，离子束浓度、磁场以及离子束流速度对小振幅微扰的振幅和宽度的控制起着重要作用。
2018-01-08 physics.plasm-ph
Uniform heating of materials into the warm dense matter regime with laser-driven quasi-monoenergetic ion beams
在最近的实验中的三叉戟激光设施，激光驱动的准单能铝离子束被用来加热固体金和金刚石箔等容分别为5.5 eV和1.7 eV。这里的理论计算表明，这些激光驱动的离子束均匀加热的黄金和金刚石。根据计算结果和SEMPERT状态方程表，在三叉戟上可实现的激光驱动铝离子束，具有有限的能量扩展（Δ E）/E ~ 20%，预计比具有零能量扩展的140 MeV铝离子束更均匀地加热靶。相对于入射离子能谱的变化的预期的加热均匀性的鲁棒性进行评估，并提出了预期的等离子体温度与当前的实验平台可实现的各种目标材料。
2015-10-03 physics.plasm-ph
Laser-driven shock acceleration of monoenergetic ion beams
我们表明，单能离子束可以加速由中等马赫数碰撞，静电冲击传播在一个长尺度长度指数衰减等离子体轮廓。强激光脉冲在临界密度附近产生的强等离子体加热和密度陡化可以发射在扩展等离子体中高速传播的激波。由于与缓慢减小的密度分布相关联的小且恒定的鞘层电场，单能离子束的产生是可能的。通过理论和多维粒子模拟确定了高质量，高能离子束加速的条件。离子能量与激光强度的比例关系表明，用最先进的100 TW级激光系统产生$\sim 200$ MeV质子束是可能的。
2012-10-05 physics.plasm-ph
Generation of high-energy monoenergetic heavy ion beams by radiation pressure acceleration of ultra-intense laser pulses
通过自洽地考虑电离动力学，提出了一种新的重离子束在激光辐照靶箔时的辐射压加速（RPA）机制。在这种情况下，当高Z原子通过惰性气体构型连续电离时[例如将电子从类氦电荷态$(\text{Z}-2)^+$移到$(\text{Z}-1)^+$ ]，需要激光强度与大的电离能隙匹配。当激光翼区域的靶离子电离到低电荷态并由于不稳定性而经历快速色散时，在激光轴附近实现了高电荷重离子束的自组织、稳定RPA。研究还发现，电离产生的大量电子补充有助于保持稳定的加速度。二维粒子模拟结果表明，在强度为$7\times10^{20}\ \text{W}/\text{cm}^2$的激光作用下，可以得到峰值能量为$1\ \text{GeV}$，能量扩展为$5\%$的单能$\text{Al}^{13+}$光束.
2014-03-26 physics.plasm-ph
Response of negative ion beamlet to RF field in beam extraction region
实验研究了灯丝弧放电负离子源中RF场扰动对负离子束聚焦的影响，发现束流宽度和轴线振荡与导流系数及RF频率相关，为ITER的RF负离子源束流发散问题提供了解释。
2024-08-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ion beam bunching via phase rotation in cascading laser-driven ion acceleration
通过理论分析和粒子模拟研究了级联靶鞘层法向加速中的离子束聚束现象。研究发现，质子束注入激光辐照箔靶后表面的鞘层场，可以同时实现加速和聚束。在鞘层电场上升时，由于束流后端质子感受到的电场比前端质子强，因此可能发生离子相位旋转。因此，注入的质子束可以在纵向方向上被压缩。最后，通过对级联加速过程中两个连续级的综合模拟，说明了离子束聚束的重要作用。
2018-09-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Coulomb collisional relaxation process of ion beams in magnetized plasmas
开发了一个轨道跟踪程序，用于计算离子束在磁化等离子体中的运动轨迹。求解了包含洛伦兹力项和库仑碰撞弛豫项的运动方程（牛顿方程）。在此基础上，将碰撞项作为一个小项，应用摄动方法，提出了一种新的算法。建议减少计算时间。
2010-02-26 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Demonstration of High-Efficiency Microwave Heating Producing Record Highly Charged Xenon Ion Beams with Superconducting ECR Ion Sources
本文提出用于超导 ECR 离子源的新型可移动 Vlasov 微波发射器，将微波功率效率提升约 4 倍，并使高电荷氙离子束电流最高提升至原有纪录的 2 倍。
2024-07-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experiments on intense ion beam formation with inhomogeneous electric field
我们报告了一个成功的测试的一种新方法，用于强离子束形成使用提取与非均匀电场。其主要特点是一个特殊形状的提取电极提供了更高的离子加速率。它适用于任何类型的离子源，并可用于改善各种等离子体设备的性能。概念的验证是使用高电流电子回旋共振离子源SMIS 37进行的。证明了新的提取和质子束形成的高效率与高达1.1 A cm-2的记录电流密度。
2021-07-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
How it cramps the flow: three regimes for the saturation of parallel ion-beam instabilities
在实验室平行离子束不稳定性实验的最新进展的启发下，我们提出了一个理论框架，并模拟其演变冲击波的形成和费米加速。在回顾了光束不稳定性理论，重点是所谓的非共振或贝尔不稳定性，我们表明，这是由于背景离子的回旋运动，我们对比三个参数制度的饱和度：（I）左手的“非共振”制度，（II）右手的光束回旋共振制度，（III）平衡，混合湍流制度。
2018-05-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Collective Effects and Intense Beam-Plasma Interactions in Ion-Beam-Driven High Energy Density Matter and Inertial Fusion Energy
为了成功地产生离子束驱动的高能量密度物质和重离子聚变能，强流离子束必须以小的光斑尺寸传输并聚焦到靶上。实现这一目标的成功方法之一是在加速器中加速和传输强离子电荷聚束，然后将电荷聚束弹道聚焦在包含中和背景等离子体的加速器的一部分中。这需要在加速器和传输部分中的未中和（非中性）射束传输期间控制空间电荷效应的能力，以及通过使射束传播通过背景等离子体来有效地中和空间电荷和电流的能力。随着束流强度和能量在未来的重离子聚变（HIF）驱动器和快速点火（FI）方法中的增加，预计非线性过程和集体效应将变得比以前的实验更加明显。利用三维电磁粒子模拟（PIC）程序（BEST、WARP-X和LTP-PIC等），理论和建模研究将通过与100 kV普林斯顿高级试验台上的实验数据以及FAIR设施的未来实验进行比较来验证。所开发的理论预测将被缩放到与重离子聚变驱动器和快速点火场景相关的束和等离子体参数。因此，理论研究结果也将对离子束驱动的惯性约束聚变产生聚变能的长期目标做出重要贡献。
2022-01-31 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Quasiparticles and ion cooling by an electron beam in a strong magnetic field
Budker Institute of Nuclear Physics of SB RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院布德刻尔核物理研究所）
研究强磁场中离子与磁化电子束相互作用产生的摩擦力，通过准粒子（拉莫尔圆）模型导出哈密顿量，阐明不同碰撞参数在离子冷却中的作用，并考虑正负离子情况。
2026-06-16 hep-ex nucl-th physics.acc-ph
Superintense Laser-driven Ion Beam Analysis
离子束分析技术是先进材料表征的最有力工具之一。尽管它们在越来越多的领域中越来越重要，但大多数离子束分析设施仍然依赖于最古老的加速器技术，在便携性和灵活性方面受到严重限制。在这项工作中，我们彻底解决了超强激光驱动质子源在该应用中的潜力。我们开发了一个完整的分析和数值框架，适合于描述激光驱动的离子束分析，举例说明质子诱导的X射线/伽马射线发射，广泛关注的技术的方法。这使我们能够提出一个现实的设计紧凑，多功能的离子束分析设施的基础上，这个新的概念。这些结果可以为基于强子的先进材料表征领域的突破性发展铺平道路。
2019-03-05 physics.acc-ph physics.app-ph physics.ins-det
