面向超相对论强激光与等离子体作用的粒子模拟程序开发及其应用

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11105217
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    王伟民
  • 依托单位：
    中国科学院物理研究所
  • 学科分类：
    A29.等离子体物理
  • 结题年份：
    2014
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2014-12-31

项目摘要

未来高功率激光（譬如欧洲的ELI装置）强度可以被聚焦到10^22-10^25瓦/平方厘米。这种激光束与等离子体作用时，存在极端非线性效应，同时伴随大量高能粒子加速和keV以上高频辐射产生，计算结果极易受数值噪声影响。另一方面电子的辐射阻尼效应可能变得很重要。由于这些因素，传统的粒子模拟（PIC）程序不再完全适用于这类问题的研究，需要发展高精度的粒子模拟程序，并考虑辐射阻尼效应。本项目将根据Laudau-Lifshitz方法修正粒子的运动方程，以在粒子模拟中包含辐射阻尼过程；采用高阶插值算法以减少数值噪声；采用无色散的算法解麦克斯韦方程组和采用有效的横向吸收边界算法以保证考察区域内的激光场的正确性。用编写的新程序研究超相对论强激光有质动力加速产生10-100GeV电子束的方案和超相对论强激光在等离子体中的自引导和腔道引导等传输问题。

结项摘要

我们很好地完成了本项目拟定的所有研究内容，实现了拟定的研究目的：1）开发了一个适合研究超相对论激光与等离子体相互作用的粒子模拟（PIC）程序KLAPS，即此程序包括辐射阻尼效应、2-4阶“之”字形高阶电流算法、一个对麦克斯韦方程的无色散算法、一种简便的吸收边界算法；2）并应用此程序研究了超相对论强激光在等离子体中的传输特性，首次发现了激光自聚焦存在着功率上限，并给出此上限表达式，并用粒子模拟进行了验证；3）应用此程序演示了超相对论强激光有质动力加速产生10-100GeV电子束,并研究了辐射阻尼效应。进一步地，项目负责人利用本项目发展的数值方法，首次采用真实快点火靶密度、实现了对快点火的整体PIC模拟，并提出了外加磁场下的快点火方案，该工作发表在Phys.Rev.Lett.上。在本项目的支持下，发表国内外学术论文19篇, 其中：1篇Phys.Rev.Lett.文章，1篇PNAS文章，1篇Sci. Rep.文章。

项目成果

期刊论文数量（29）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Polarization of terahertz emission out of incident plane from laser interactions with solid targets
激光与固体目标相互作用导致太赫兹发射出入射面的偏振
  • DOI：
    10.1007/s11433-012-4665-1
  • 发表时间：
    2012-02
  • 期刊：
    Science China Physics,Mechanics & Astonomy
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zheng Yi;Li YuTong;Ma JingLong;Sheng ZhengMing;Chen LiMing;Lu Xin;Wang ZhaoHua;Wei ZhiYi;Zhang Jie
  • 通讯作者：
    Zhang Jie
Probing the laser wakefield in underdense plasmas by induced terahertz emission
通过诱导太赫兹发射探测低密度等离子体中的激光尾场
  • DOI：
    10.1063/1.4817806
  • 发表时间：
    2013-08
  • 期刊：
    Physics of Plasmas
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    Hu, Z. D.;Sheng, Z. M.;Wang, W. M.;Chen, L. M.;Li, Y. T.;Zhang, J.
  • 通讯作者：
    Zhang, J.
Electromagnetic Emission from Laser Wakefields in Magnetized Underdense Plasmas
磁化欠密等离子体中激光尾场的电磁发射
  • DOI：
    10.1088/1009-0630/14/10/04
  • 发表时间：
    2012-10
  • 期刊：
    Plasma Science and Technology
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Hu Zhidan;Sheng Zhengming;Ding Wenjun;Wang Weimin;Dong Quanli;Zhang Jie
  • 通讯作者：
    Zhang Jie
Strong terahertz radiation from relativistic laser interaction with solid density plasmas
相对论激光与固体密度等离子体相互作用产生的强太赫兹辐射
  • DOI：
    10.1063/1.4729874
  • 发表时间：
    2012-06-18
  • 期刊：
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Li, Y. T.;Li, C.;Zhang, J.
  • 通讯作者：
    Zhang, J.
Collimated quasi-monoenergetic electron beam generation from intense laser solid interaction
强激光固体相互作用产生准单能电子束
  • DOI：
    10.1016/j.hedp.2013.05.011
  • 发表时间：
    2013-09
  • 期刊：
    HIGH ENERGY DENSITY PHYSICS
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    Zhang, L.;Yan, W. C.;Li, D. Z.;Ma, J. L.;Li, Y. T.;Lu, X.;Wei, Z. Y.;Sheng, Z. M.;Zhang, J.
  • 通讯作者：
    Zhang, J.

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其他文献

Spreadability of Ag layer on oxides and high performance of AZO/Ag/AZO sandwiched transparent conductive film
氧化物上Ag层的铺展性及AZO/Ag/AZO夹层透明导电薄膜的高性能
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    牛玉超;王伟民
  • 通讯作者：
    王伟民
IL-17诱导的p300调控NSCLC细胞迁移、侵袭和MMP2表达的作用
  • DOI：
    10.7655/nydxbns20220202
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    2022
  • 期刊：
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    --
  • 作者：
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
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    曹崇德
电子轰击电离源-离子阱质谱的质量范围优化程序研究
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    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    分析化学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王伟民;靳留雨;钱炳君;徐福兴;丁传凡
  • 通讯作者：
    丁传凡
非晶铝中的结构演化
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Acta Materialia, Volume: 52, Issue: 16, pp. 4773-4781, September 20, 2004
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    胡丽娜*;边秀房;王伟民
  • 通讯作者：
    王伟民

其他文献

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王伟民的其他基金

强激光驱动气体产生的强太赫兹辐射源的理论和数值模拟研究
  • 批准号：
    11375261
  • 批准年份：
    2013
  • 资助金额：
    80.0 万元
  • 项目类别：
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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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