激光驱动的无碰撞冲击波产生及其离子加速

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11675108
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2906.高能量密度物理
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The study of laser-driven collisionless shocks is critical to understand astronomical phenomena such as supernova remnants and high-energy cosmic rays. Furthermore, ion acceleration by laser-driven collisionless shocks may provide energetic ion beams for various practical applications such as cancer radiotherapy. However, the underlying microphysics of collisionless shocks is not fully understood yet. In particular, it is still challenging to generate relativistic collisionless shocks in the laboratory with intense lasers. Moreover, the quality as well as the energy of ion beams accelerated by laser-driven collisionless shock still need to be greatly enhanced to fulfill the requirement of many practical applications. In this proposal, we will conduct a systematic study of laser-driven collisionless shock and try to solve the above mentioned issues. Firstly, we will characterize the underlying physics for collisionless electrostatic and electromagnetic shocks, respectively. The conditions for shock generation and their evolution laws in time and space will be studied with the help of numerical simulations. Secondly, we will explore the scheme to produce relativistic plasma flows by multi-petawatt lasers, and then use these relativistic plasma flows to generate and study relativistic collisionless shocks in the laboratory. Finally, we will design the ion acceleration scheme to generate high-quality energetic ion beams by laser-driven collisionless shocks. It is possible to simultaneously enhance the quality as well as the energy of ion beams via the use of near-critical-density targets or ultra-thin foils; therefore, the generated ion beams are particularly interesting for medical applications.
研究激光驱动的无碰撞冲击波对理解超新星遗迹和高能宇宙射线产生等天文现象至关重要;同时激光驱动的无碰撞冲击波离子加速有望产生癌症治疗等应用所需要的高能离子源。然而目前关于无碰撞冲击波的产生机制还没完全理解;如何利用强激光产生类似天文环境中的相对论冲击波更是富有挑战性;同时,如何设计无碰撞冲击波离子加速方案来高效地产生高品质的高能离子束依然是实际应用中亟待解决的问题。针对这些问题,我们首先将系统研究静电和电磁两种模式的无碰撞冲击波产生所需要的激光和靶参数以及它们的时空演化规律;接着,我们将探索数拍瓦强激光脉冲产生相对论等离子体束流的方案,并进一步利用相对论等离子体束流来产生相对论无碰撞冲击波并研究其特性;最后,我们将全面优化激光与近临界密度靶或者超薄靶相互作用时所激发的无碰撞冲击波对离子的加速过程,为实验上获得激光驱动的高品质高能离子束提供理论方案。

结项摘要

激光等离子体相互作用为实验室研究无碰撞冲击波产生等天体物理过程提供了便利。激光驱动的冲击波产生及粒子加速不仅与许多天体物理现象紧密相关,而且具有重大的潜在应用价值。在本项目中,我们研究了激光驱动的无碰撞冲击产生和离子加速。.首先,利用神光II号激光装置,研究了多路激光与一对固体靶作用所产生的对流等离子体流对撞过程中的冲击波产生过程。实验和模拟都表明在此情况下冲击波是无碰撞的且静电模式占主导作用。.其次,提出将近临界密度靶用于激光驱动的无碰撞冲击波产生。强激光脉冲在近临界密度靶中可以更快的速度推进,因此,可产生相对论速度的无碰撞冲击并将离子加速加速到非常高的能量。.第三,提出采用固体薄靶与近临界密度靶结合的混合离子加速方案。第一阶段,质子通过辐射压加速可达到亚相对论速度;第二阶段,这些质子可被近临界密度靶中的激光尾场进一步加速。基于此,利用目前10拍瓦的激光脉冲即可产生数GeV能量的质子束。.第四,首次发现了相对论诱导不透明度效应:即初始低密度的正负电子等离子体在相对论激光脉冲的照射下变得不透明。基于此,强激光脉冲可将正负电子对等离子体整体加速到极高速度形成高速等离子体喷流;所产生的正负电子对喷流在无碰撞冲击波产生等天文现象研究中具有重要应用。.最后,首次发现了纵向磁化等离子体中的极端法拉第效应:一束线偏振超短激光脉冲可在时空中分裂成两个圆偏振子脉冲。而基于磁双折射效应,横向磁化等离子体而可用作新型的等离子体波片。无论是极端法拉第效应还是磁双折射效应,都可用于产生10拍瓦级的高功率圆偏振激光脉冲,所产生的高功率圆偏振激光脉冲在激光驱动无碰撞冲击波产生及离子加速中具有重要的应用。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
An angular-resolved multi-channel Thomson parabola spectrometer for laser-driven ion measurement
用于激光驱动离子测量的角分辨多通道汤姆逊抛物线光谱仪
  • DOI:
    10.1063/1.5042424
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Review of Scientific Instruments
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Zhang Yihang;Zhang Zhe;Zhu Baojun;Jiang Weiman;Cheng Lei;Zhao Lei;Zhang Xiaopeng;Zhao Xu;Yuan Xiaohui;Tong Bowei;Zhong Jiayong;He Shukai;Lu Feng;Wu Yuchi;Zhou Weimin;Zhang Faqiang;Zhou Kainan;Xie Na;Huang Zheng;Gu Yuqiu;Wen Suming;Xu Miaohua;Li Yingjun;Li
  • 通讯作者:
    Li
Ionization injection in a laser wakefield accelerator subject to a transverse magnetic field
受到横向磁场影响的激光尾场加速器中的电离注入
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/aac926
  • 发表时间:
    2018-02
  • 期刊:
    New Journal of Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Zhao Q;Weng S M;Sheng Z M;Chen M;Zhang G B;Mori W B;Hidding B;Jaroszynski D A;Zhang J
  • 通讯作者:
    Zhang J
Growth, saturation, and collapse of laser-driven plasma density gratings
激光驱动等离子体密度光栅的生长、饱和和塌陷
  • DOI:
    10.1063/5.0004529
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Physics of Plasmas
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Ma H. H.;Weng S. M.;Li P.;Li X. F.;Wang Y. X.;Yew S. H.;Chen M.;McKenna P.;Sheng Z. M.
  • 通讯作者:
    Sheng Z. M.
Cascaded acceleration of proton beams in ultrashort laser-irradiated microtubes
超短激光照射微管中质子束的级联加速
  • DOI:
    10.1063/1.5000104
  • 发表时间:
    2017-09
  • 期刊:
    Physics of Plasmas
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Wang H C;Weng S M;Murakami M;Sheng Z M;Chen M;Zhao Q;Zhang J
  • 通讯作者:
    Zhang J
Sub-femtosecond electron bunches in laser wakefield acceleration via injection suppression with a magnetic field
通过磁场注入抑制实现激光尾场加速中的亚飞秒电子束
  • DOI:
    10.1088/1361-6587/ab249c
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Plasma Physics and Controlled Fusion
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Zhao Q.;Weng S. M.;Chen M.;Zeng M.;Hidding B.;Jaroszynski D. A.;Assmann R.;Sheng Z. M.
  • 通讯作者:
    Sheng Z. M.

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其他文献

激光带宽对等离子体中受激拉曼散射不稳定性的抑制效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国科学:物理学 力学 天文学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵耀;郑君;於陆勒;陈民;翁苏明;盛政明
  • 通讯作者:
    盛政明
极强激光场驱动超亮伽马辐射和正负电子对产生的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    朱兴龙;王伟民;余同普;何峰;陈民;翁苏明;陈黎明;李玉同;盛政明;张杰
  • 通讯作者:
    张杰
激光等离子体尾波加速器的发展和展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    强激光与粒子束
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈民;刘峰;李博原;翁苏明;陈黎明;盛政明;张杰
  • 通讯作者:
    张杰
稠密等离子体表面不稳定性的入射光偏振态效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张杰;武慧春;盛政明;翁苏明;董全力;何民卿
  • 通讯作者:
    何民卿
强激光与稠密等离子体作用引起的冲击波加速离子的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董全力;陈民;盛政明;何民卿;翁苏明;张杰;武慧春
  • 通讯作者:
    武慧春

其他文献

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翁苏明的其他基金

用于调控和放大高功率激光脉冲的等离子体光学方法研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
    65 万元
  • 项目类别:
    面上项目
惯性约束核聚变的离子驱动快点火方案理论与数值模拟研究
  • 批准号:
    11405108
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    28.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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