真空激光加速机制具有加速场梯度大、加速电子电量高的优点，目前制约真空加速机制研究发展的主要问题是如何产生具有一定初速度的电子并将其注入加速场。提出了一种利用强激光与锥型靶相互作用产生高能电子并实现真空加速的新方法，利用二维PIC(Particle-in-cell)粒子模拟程序对这一方法进行了研究。模拟结果显示，对于光强为1021 W/cm2量级的高斯激光脉冲，产生了能量为GeV量级、发散角约为1°的强流快电子束。此外还通过理论解析和参数模拟研究了靶半径对这种超热电子加速机制的影响。

超短超强激光打靶产生的超热电子与固体靶相互作用时会产生轫致辐射X射线。利用蒙特卡罗方法，对电子在固体靶中传输产生的轫致辐射X射线进行了模拟。1 MeV电子束与固体靶作用产生的轫致辐射谱模拟结果表明，轫致辐射谱高能段斜率受靶厚度及靶材料的影响不明显。麦克斯韦分布的电子束及单能电子束与30 μm铜靶作用的模拟结果显示，两种电子源产生的轫致辐射谱在电子束能量或温度较高时基本一致。给出了一种利用轫致辐射谱斜率反推超热电子温度的定标方法。模拟了不同温度下超热电子产生的轫致辐射光子的能量角分布及光子数角分布，结果显示辐射光子能量通量和光子数随着电子温度的提高越来越向前倾，并给出了另外一种由轫致辐射能量角分布反推超热电子温度的定标关系。

开展超短超强激光与次稠密等离子体相互作用实验, 采用探针光对激光等离子体相互作用区域进行阴影成像, 研究了不同激光功率与临界功率比值及不同激光脉冲长度与等离子体波波长比值下的激光在次稠密等离子体中的自聚焦传输。结果表明:相对论效应是超短脉冲在次稠密等离子体中的主要自聚焦机制, 激光功率与临界功率比值是影响超短脉冲在次稠密等离子体中形成自聚焦的关键条件。

用3TW超短超强激光器进行了激光与固体靶相互作用实验.采用电子角分布仪和LiF热释光探测器探测了超热电子的角分布.测量结果显示:能量较高的电子发射的定向性好于能量较低的电子;能量较低的电子呈溅射状发射;能量较高的电子发射出现两个尖锐的发射峰,其中,激光反射方向的超热电子发射峰则由反射激光、有质动力径向分量、侧向拉曼散射等加速机制共同作用的结果,靠近靶法线方向的超热电子发射峰是由其振吸收机制产生,且理论预言与实验结果相吻合.

在20TW激光器上进行了超短超强激光与金属Cu膜靶的相互作用实验,当靶厚度不同时,采用CR39核径迹探测器测量了质子发射的空间分布和产额;使用Thomson磁谱仪测量了靶背法线方向质子束的能量分布.测量结果表明:质子产额为10⁵～10⁶每发;质子束沿靶背法线方向发射,与入射激光方向无关,并且存在较小的发射立体角,在一定能量处出现截止,截止能量的大小与靶厚度有关.

对线极化、圆极化的超短超强激光脉冲与靶前有一段低密度预等离子体的固体靶的相互作用进行了理论和粒子模拟研究.激光通过有质动力加速机制加速预等离子体中的电子,研究了电子获得的最大能量随激光强度和预等离子体密度的变化.当激光脉冲与靶直接作用时,靶中的电子由于J×B机制而得到加速,所获得的能量比预等离子体中电子低.研究表明,在超短超强激光脉冲与固体靶相互作用中,预等离子体的存在有利于高能电子的产生.