强激光与等离子体相互作用加速高品质离子束的理论与粒子模拟研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11365020
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    48.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2902.等离子体与物质相互作用
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The short-duration ions produced in the interaction of intense laser pulses with plasmas have proven to be effective for many potential applications. As a rule, these applications generally require a high-energy ion beam with low energy spread and high collimation. Thus, one of the important tasks on studing the laser-plasma ion acceleration is to improve the quality of the accelerated ion beams. This project is intended to study the generation of the high-quality ion beams in the interation of intense laser pulses with plasmas, including increasing the number and the energy of the accelerated ions, improving the ions collimation, as well as decreasing the energy spread of them. In the project, two hot topics of the laser-plasma ion acceleration will be mainly concerned, one is the radiation pressure acceleration(RPA) of ultrathin solid targets irradiated by an ultraintense laser pulse, the other is the ultrahigh energy ion generation by the sequential radiation pressure and bubble acceleration. The main problems should be investigated in the project are summarized as the following. Firstly,in order to obtain a high-quality heavy-ion beams in the RPA, the instability of the RPA in a mixed foil with multi-ion species or with some complex strutures will be investigated, which would put forward some effective schemes to depress the instability in a mixed foil. Secondly, we will investigate the realization of the RPA under some non-ideal conditions, including using a Gauss pulse and a near-critical density target. Thirdly, the dust effects on the RPA will be studied in the project, such as the influences of the particle size distribution, the species difference, and the charge change of the dust grains. Finally, in the ultrahigh energy ion generation by the sequential radiation pressure and bubble acceleration, we will investigate the scale laws of ion acceleration and develop some schemes of controlling the dephasing and the transverse emittance of the accelerated ion beams in the bubble regime by optimizing plasma density, or adding a dense-plasma wall ,etc.
超强超短激光与等离子体相互作用产生的快离子在很多方面有着潜在的应用,如桌面型加速器、医学治疗以及惯性约束核聚变中的快点火等。如何提高被加速离子的品质,即获得高能量、高流强、准直性好和能散度低的高品质离子束是当前强场加速离子的研究热点和难点之一。 本课题将在前期相关研究工作的基础上,围绕激光与等离子体相互作用加速离子中的两个研究热点--辐射压力加速、辐射压力加速和空泡加速相结合的级联加速,从理论分析和等离子体粒子模拟两方面进一步研究高品质离子束的获得问题。研究的主要问题有:几种离子构成的混合靶或具有某种复杂结构的混合靶中辐射压力加速不稳定性的发展规律和抑制;非理想条件下辐射压力加速的实现;尘埃颗粒对辐射压力加速的影响;抑制离子在空泡前段的失相和横向发散、以及探索空泡加速离子的重要标度律等。

结项摘要

项目围绕强激光与等离子体相互作用加速离子,从理论分析和等离子体粒子模拟两方面为获得高能量、高流强、准直性好和能散度低的高品质离子束探索可行的理论与实验方案。本项目开展的主要研究内容及研究成果有:. 1. 研究了非高斯激光束和非抛物预等离子体通道对激光传输的影响,包括q-Gauss激光束在抛物预等离子体通道中的传播,Gauss激光束在横向密度为幂函数分布的预等离子体通道(power-law channel)中的传播,以及Laguerre-Gauss激光束在纵向密度调制的抛物预等离子体通道(corrugated plasma channel)中的传播。这些激光传输过程的研究为非理想条件下实现离子加速和通过新型通道型结构靶获得高品质的离子束提供了理论依据。. 2. 提出了3种获得高品质离子束的离子加速新方案:一是圆偏振激光辐照“超薄固体层-临界密度层(HD-NCD)”组合靶产生高品质质子束的辐射压力加速新方案;二是在“锥-毛细管”(cone-capillary)型通道导引下圆偏振激光与超薄固体靶相互作用产生高品质质子束的辐射压力加速新方案;三是在锥形通道(tapered channel)导引下线偏振激光辐照超薄固体靶产生高品质碳离子束的重离子加速新方案。这些新方案产生的高品质离子束不仅是基础物理研究的重要手段,也在桌面型加速器、医学治疗、医学同位素产生、质子成像、激光等离子体相互作用的诊断、传统加速器的注入、高能量密度物理以及惯性约束核聚变中的快点火等方面有着重要的潜在应用。. 3. 研究了尘埃颗粒的存在对离子加速所涉及的静电波动及其各种不稳定性的影响。研究结果表明在辐射压力加速中,如果存在尘埃颗粒时,为了抑制各种不稳定的增长而最终获得高品质的离子束,应有效避免长波扰动。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Focusing effect of radially power-law channel on an intense laser beam
径向幂律通道对强激光束的聚焦效应
  • DOI:
    10.1016/j.physleta.2016.01.015
  • 发表时间:
    2016-03
  • 期刊:
    Physics Letters A
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Rong-An Tang;Xue-Ren Hong;Ji-Ming Gao;Ju-Kui Xue
  • 通讯作者:
    Ju-Kui Xue
Effects of relativistic and channel focusing on q-Gaussian laser beam propagating in a preformed parabolic plasma channel
相对论和通道聚焦对 q 高斯激光束在预制抛物线等离子体通道中传播的影响
  • DOI:
    10.1016/j.physleta.2017.04.033
  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
    Physics Letters A
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Li Wang;Xue-Ren Hong;Jian-An Sun;Rong-An Tang;Yang Yang;Wei-Jun Zhou;Jian-Min Tian;Wen-Shan Duan
  • 通讯作者:
    Wen-Shan Duan
The characteristics of an intense laser beam propagating in a corrugated plasma channel
强激光束在波纹等离子体通道中传播的特性
  • DOI:
    10.1063/1.4972545
  • 发表时间:
    2016-12
  • 期刊:
    Physics of Plasmas
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Jian-Min Tian;Rong-An Tang;Xue-Ren Hong;Yang Yang;Li Wang;Wei-Jun Zhou;Ju-Kui Xue
  • 通讯作者:
    Ju-Kui Xue
Accelerating and guiding of C6+ by an intense laser irradiating on a foil target with a tapered channel
通过强激光照射带有锥形通道的箔靶来加速和引导 $C^{6 }$
  • DOI:
    10.1063/1.4991502
  • 发表时间:
    2017-08
  • 期刊:
    PHYSICS OF PLASMAS
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Chong Lv;Feng Wan;Ya-Juan Hou;Xue-Ren Hong;Mo-Ran Jia;Hai-Bo Sang;Bai-Song Xie
  • 通讯作者:
    Bai-Song Xie
Enhanced laser radiation pressure acceleration of protons with a gold cone-capillary
金锥毛细管增强质子激光辐射压力加速
  • DOI:
    10.1063/1.4978953
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Physics of Plasmas
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Lv Chong;Xie Bai Song;Wan Feng;Hou Ya Juan;Jia Mo Ran;Sang Hai Bo;Hong Xue Ren;Liu Shi Bing
  • 通讯作者:
    Liu Shi Bing

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其他文献

强激光在非均匀磁化电子-正电子-离子等离子体中的传播
  • DOI:
    10.16783/j.cnki.nwnuz.2018.03.007
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    西北师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    洪学仁;景敏;石玉仁;成丽红
  • 通讯作者:
    成丽红

其他文献

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洪学仁的其他基金

q-高斯激光和暗空心高斯激光在等离子体通道中的传播及辐射特性研究
  • 批准号:
    12165018
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    40 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
西北师范大学理论物理专业激光等离子体物理研究方向学术交流与人才培养平台建设
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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