强流相对论电子束在含高Z元素介质中的能量输运研究

强流相对论电子束射入高Z元素介质，会产生许多复杂的物理现象。许多现象属于高能量密度物理范畴。高Z元素对电子束的阻止能力较强，大量能量沉积在较小的空间内，产生能量密度很高的稠密等离子体。等离子体将在很大程度上中和电子束，数兆安培的电流突然停止会产生很强的感生磁场，感生磁场的变化又产生很强的电场，电子束的停止还将电离介质，产生很强的X射线。强大和瞬变的电磁场将引发一些轴向和环向的等离子体不稳定模式。高温和平衡辐射还会产生大量低能X射线，高Z介质对这部分X射线是不透明的，由此，大量能量将转换为介质的热能，从而电离和汽化大量介质，这对多次X射线闪光照相是非常有害的，本项目将以数值模拟方法为主，仔细研究这些物理现象，并探索解决的方法。

项目主要研究内容包括：高能强流电子束入射高Z靶及多层靶轫致辐射能谱及射线出射方向计算；高能电子束在高Z介质中的能量沉积计算，基于计算结果的靶优化设计；尝试从别的角度解决靶污染导致的图像解析问题；电子束入射非均匀等离子体不稳定性模拟。在轫致辐射能谱计算中，比较全面地调研了电子轫致辐射能谱的理论，实验，计算软件等。用多种理论，软件对强流高Z轫致辐射进行了计算，并与美国标准局（NIST）等单位的数据进行了比较。为了避免理论的不足，用单能实验数据加蒙特卡洛的方法对能谱进行了计算，得出的能谱比理论结果更平。各种软件和方法计算的结果基本一致。通过GEANT4模拟叠靶能量沉积分布，计算了电子束在叠靶中的横向分布和各种材质的热力学响应。通过分析这些叠靶热区能量沉积的分布特点，提出以金刚石为贴面的钽-金刚石叠靶方案。提出了用套筒限制污染扩散，增加热容，以及改善束流约束的想法。.在强流电子束与等离子体相互作用模拟工作中，分析了该过程的基本物理图像，发现单纯意义上的束-等离子体相互作用与实际应用有较大差别。对Vorpal采用的等离子体粒子模拟方法（PIC）仔细考察之后，改进了参数设置，得到了更合理的结果。集中研究了束靶装置中强流电子束的不稳定性，特别是对束流破坏性大的非周期性不稳定性。