圆极化激光与等离子体相互作用中共振加速产生高能量密度电子束

Fast ignition of inertial confinement is a active area in fusion energy researches. One hopeful approach in fast ignition is using the high energy electron beams as ignition sources. It is very useful in fast ignition that production of strong intensity high energy electron beams by ultra-intense circularly polarized laser pulses in near critical density plasmas via resonance acceleration..This project investigates the generation of quasi-static self-generated magnetic fields in circularly polarized laser plasma interactions, and production of high energy density electron beams in combined self-generated magnetic fields and laser fields via resonance acceleration. Particle in cell (PIC) simulations will be used. Based on the simulation results and the basic interaction equations, we will model and analyze the accleration mechanism.

惯性约束快点火是惯性聚变能源研究的热点问题。利用超强激光与相对论等离子体相互作用产生高能电子束流作为点火源是最常用的一种快点火方案。而利用圆极化激光与近临界密度等离子体相互作用可以通过共振加速产生高能量密度大流强的准直电子束，有利于快点火的实现。.本项目研究圆极化激光与等离子体相互作用中的准静态自生磁场的产生，以及电子在自生磁场和激光场共同作用下，通过共振加速直接从激光获得能量，从而产生高能能量密度电子束的过程。一方面，我们采用等离子体模拟中最常用的Particle in Cell (PIC) 方法进行大量数值模拟；另一方面，我们从基本的等离子体方程出发，结合模拟的一些结论，分析物理过程，提取主导因素，进行简化、近似，从而建立理论模型进行定量计算。

通过三维particle-in-cell(PIC)数值模拟和解析理论分析，我们研究了超强圆极化激光脉冲在近临界密度等离子体中的传播。在激光通道中心，相对论热电子首先被准静态自生轴向磁场俘获，并调节它的回旋振荡频率和相位，去匹配在电子参照系中的激光频率和相位，当匹配条件满足后，电子会在准静态角向磁场中共振加速，我们称之为自匹配共振加速。过临界密度相对论螺旋电子束由此产生。电子能谱为平台分布。三维模拟结果中的参数可以由自匹配共振加速模型解析的给出。进一步，我们发现由于相对论共振锁相机制，电子会骑在激光电场上。在这种机制下，可以产生准单能的电子束，同时，电子束还会辐射产生准单能的X射线。