激光尾波场电子加速与Betatron辐射产生研究

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1、国密级：中国科学院大学UniveJ·sitvofChineseAcademvofSciences硕士学位论文2013年5月ByYongMaAThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringInsitituteofPhysics，ChineseAcademyofSciencesMay,2013摘要本论文采用实验和数值

2、模拟两种手段研究了激光与等离子体相互作用中的尾波场电子加速与betatron辐射产生。论文的主要内容包括以下三个部分：激光等离子体电子加速各种机制与加速过程中betatron辐射产生的基本原理介绍；激光与固体靶相互作用中靶面电子加速的实验研究；激光与稀薄等离子体相互作用中同时获得高质量电子束与betatron辐射的数值模拟研究；第一部分由第一章组成。首先介绍了激光等离子体加速的基本原理，尤其是自调制激光尾波场加速机制、互调制激光尾波场加速机制、空泡加速机制以及相关的实验进展。其次简要介绍了电子在加速过程中由于横向

3、振荡而产生betatron辐射的基本物理图像。第二部分由第二章组成。实验中采用激光大角度入射固体铜靶，通过加入预脉冲的方法来获得预等离子体，并通过调节激光脉冲焦点与靶面的距离(离焦)和激光能量来调节预等离子体状态。实验中在加入对比度为10。4的预脉冲，选择合适的离焦距离以及较高的激光能量的最优化条件下，首次获得了沿靶面方向传播、高度准直、能量达到0．6MeV的单能电子束。第三部分由第三章组成。主要通过数值模拟研究了激光尾波场电子加速与betatron辐射的产生。数值模拟发现选择合适的激光与等离子体参数，可以同时产

4、生高品质的单能电子束与betatron辐射。关键词：超短超强激光，尾波场，电子加速，betatron辐射AbstractThisthesisisfocusedonthestudyofelectronaccelerationandthegenerationofbetatronradiationinlaserplasmainteractioninbothexperimentandnumericalsimulation．Itiscomposedofthefollowingthreeparts．Firstly，theba

5、sicprinciplesofseverallaserplasmaacceleratorsandthefundamentalphysicsofthegenerationofbetatronradiationaregiven．Secondly,westudiedthetargetsurfaceelectronaccelerationinlasersolidinteractionexperimentally．Thirdly,westudiedthesimultaneousgenerationofmono—energe

6、ticelectronbeamandbrightbetatronX。raysinsimulation．Thefirstpart，whichiscomposedofchapterone，reviewsthedevelopmentoflaserplasmaacceleratorsincludingLWFA，SM-LWFA，XM-LWFAandBubbleregime·Italsogivesabriefintroductionofthegenerationofbetatronradiation．Thesecondpar

7、tiscomposedofchaptertwo．Intheexperimentoflaserirradiatedcoopertarget，highlycollimatedmono-energeticelectronbeamsalongtargetsurfaceweregeneratedforthefirsttime．Thethirdpartiscomposedofchapterthreeinwhichwestudiedthelaserwakefieldaccelerationandthegenerationofb

8、etatronradiationinsimulation．Wefotmditispossibleforthesimultaneousgenerationofmono-energeticelectronbeamandbrightbetatronX·-rayswhenchooseoptimallaserandplasmaparameters·Keywords：ultrasho