强激光与粒子束
2021, 33(12): 123014
兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室, 甘肃 兰州 730000
离子推力器的加速栅电压对加速栅截获电流的大小有影响。目前,离子推力器加速栅电压值是通过实验多次调节确定的,理论计算只能给出加速栅电压最大值。针对兰州空间技术物理研究所研制的双级加速离子推力器开展了加速栅电压的优化设计,利用质点网格法和蒙特卡洛碰撞法(PIC-MCC)开展了8000 s比冲条件下5种加速栅电压(-150,-180,-200,-250,-300 V)对离子运动轨迹、束流发散角、交换电荷(CEX)截获的数量和能量以及加速栅溅射速率的影响研究,根据研究结果确定了最佳加速栅电压为-250 V。最后开展了验证实验,结果表明加速栅电压为-250 V左右时,加速栅电流较小,验证了数值仿真的正确性。
测量 双级加速离子光学系统 加速栅电压 质点网格法和蒙特卡洛碰撞法 交换电荷 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 051202
兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室, 甘肃 兰州 730000
针对双级加速离子光学系统的设计，开展了栅极几何参数对离子光学系统性能影响的研究。采用质点网格法和蒙特卡罗碰撞法开展栅极关键几何参数对束流引出能力、束流发散角、交换电荷(CEX)离子的截获影响规律研究；另外，还开展了不同比冲下束流发散角、碰撞交换电荷离子的变化趋势研究。研究结果表明，屏栅孔径对束流引出能力、束流发散角、CEX离子截获电流以及鞍点电势都有影响，随着屏栅孔径的增加，束流引出能力、束流发散角和鞍点电势呈上升趋势。加速栅孔径的变化对CEX离子得能量分布有影响，随着加速栅孔径的增大，截获的高能CEX离子逐渐减少，而随着加速栅厚度的增加，束流发散角、CEX离子的截获数量和能量呈上升趋势。在8000 s比冲下，加速级间距的改变对束流引出能力影响较小。另外，比冲对离子光学系统性能也有影响，比冲越高，束流发散角越小，且加速栅截获的CEX离子也越少。
测量 离子推力器 双级加速离子光学系统 质点网格法和蒙特卡罗碰撞法 交换电荷离子 数值模拟 激光与光电子学进展
2017, 54(4): 041207
新疆大学物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
利用理论分析和数值模拟方法,对超短超强激光脉冲与高密度等离子体相互作用中电磁不稳定和自生磁场空间分布的时间演化过程进行了研究。数值模拟结果表明:在线性超强激光的作用下,强激光照射等离子体薄靶时电子做无规则热运动,但由于等离子体临界面上激发的电磁不稳定性,电磁不稳定性随时间的增强和激光功率的逐渐深入到等离子体内部会导致强电流的形成,其结果使等离子体表面处产生自生磁场。对这些过程的细致研究对电磁不稳定性和自生磁场等过程有重要意义。
超强激光与等离子体相互作用 自生磁场 电磁不稳定性 粒子模拟 interaction of ultra-intense laser pulse with plas self generated magnetic field electromagnetic instability particle-in-cell method
新疆大学 物理科学与技术学院, 乌鲁木齐 830046
采用相对论电磁粒子模拟程序研究了飞秒激光等离子体相互作用中产生的电流密度、电场和自生磁场的发展演化过程。介绍了电子的非局域热输运的基本特性以及激光加热过程中温度烧蚀前沿稠密等离子体子区的预热效应、临界面附近的限流效应，以及冕区的反扩散与限流效应，得到了经典Spitzer-Harm理论描述的电子热传导随自生磁场的演化情形。数值模拟表明: 在线性强激光作用下，由于电子初始时刻的无规则热运动，在等离子体上激发电磁不稳定性，而不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量，同时对在激光有质动力推开电子时形成的超热电子能量输运产生抑制作用。
电流密度 电场 磁场 饱和自生磁场 电子热传导 粒子模拟法 current density electric field magnetic field saturated magnetic field electron thermal conduction particle-in-cell method 强激光与粒子束
2014, 26(9): 092007
西安交通大学 电子物理与器件教育部重点实验室, 西安 710049
在粒子模拟的基础上，结合经典空间电荷限制流、磁绝缘临界电流的理论公式，拟合得到磁绝缘传输线中空间电荷限制流的修正计算公式，并进一步建立磁绝缘传输线损失电流的插值计算模型。该模型不需要求解广义泊松方程，计算效率高。通过对长同轴磁绝缘传输线的等效电路模拟，得到了与全尺寸粒子模拟结果基本一致的负载电压波形，插值计算模型不仅正确地反映了磁绝缘传输线中的电流损失过程,而且其等效电路模拟计算效率比粒子模拟提高3000倍以上。
磁绝缘传输线 粒子模拟 等效电路模型 损失电流 magnetically insulated transmission line particle-in-cell method equivalent circuit method loss current
新疆大学物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
利用相对论电磁粒子模拟程序研究了超强激光与等离子体相互作用过程中产生的自生磁场和电子热输运特性。讨论了自生磁场产生机制和非线性饱和过程。给出了自生磁场的线性增长率和各向异性参数之间的函数关系，用Spitzer-Harm理论分析了电子热传导中能量的运输情况，观察到由激光的非等方加热引起的电子纵向加热现象。细致研究这些过程对更好的理解快点火物理中自生磁场的产生、超热电子热输运等过程有重要意义。
激光光学 激光惯性约束聚变 快点火 超强激光脉冲 Weibel不稳定性 粒子模拟法 饱和自生磁场 激光与光电子学进展
2012, 49(7): 071402
新疆大学 物理科学与技术学院, 乌鲁木齐 830046
利用粒子模拟法对超强激光与等离子体相互作用中产生的Weibel不稳定性及其产生机制进行了详细的研究。给出不稳定性的线性色散关系和饱和磁场与各向异性参数之间的函数关系, 发现Weibel不稳定性的存在使超强激光在等离子体中激发的自生磁场饱和, 饱和自生磁场的存在使粒子速度分布在激光传播方向上表现出各向异性。讨论了Weibel不稳定性的线性和非线性饱和过程, 对更好地理解快点火物理中自生磁场的产生、快电子输运等过程有重要意义。
超强激光脉冲 激光等离子体 Weibel不稳定性 粒子模拟法 饱和自生磁场 ultraintense laser pulses laser plasma Weibel instability particle-in-cell method saturated self-generated magnetic fields
哈尔滨工业大学 现代焊接生产技术国家重点实验室， 哈尔滨 150001
热控涂层质子辐照的地面模拟研究中采用单一能量质子替代空间能量连续分布的质子，连续能量质子谱是其等效性研究的关键。提出了采用阶梯型脉冲负偏压鞘层加速技术在一个脉冲宽度内获得连续能量质子谱的方法，并利用质点网格法对所获得质子谱的剂量-能量关系进行了数值仿真研究，分析了连续能量质子谱的剂量-能量分布特征及连续能量质子谱的形成过程。结果表明: 阶梯型脉冲负偏压鞘层加速能够产生连续能量的质子谱，连续谱是每微秒区间入射到样品的质子叠加而成的，且每个区间所产生质子的能量与该区间电压值相对应，连续谱中，随着质子能量的增加，其剂量总体上呈现下降的趋势。
质子辐照 阶梯型脉冲 连续能量质子谱 质点网格法 数值仿真 proton irradiation pulse voltage with discrete steps protons with continuous energy particle-in-cell method numerical simulation
