介绍了激光-等离子体相互作用产生正电子的相关实验和数值模拟研究进展。简要回顾了激光-等离子体相互作用正电子的发现过程及激光-等离子体作用产生正电子的三种物理机制；详细地叙述了激光与物质相互作用产生正电子的两类典型实验方式（即直接方式和间接方式）及相关的实验和数值模拟结果；对激光-等离子体相互作用产生正电子的研究进行了评述。从现有研究进展来看，目前理论研究和实验研究所获结论差异较大，还需要从激光设备、实验方案设计以及理论和模拟研究方面做大量细致的工作。

环形正负电子对撞机（CEPC）是一台周长100 km，最高能量为120 GeV的双环对撞机。为了满足不同能量粒子从增强器注入到对撞环，针对W和Z能量模式设计了对撞环离轴注入系统，用于实现束流的累积。为了提高注入效率，兼容不同注入能量，不同束流填充模式，同时尽可能减少注入过程中冲击磁铁对其它束团的扰动，要求对撞环离轴注入冲击磁铁系统是一个上升时间和下降时间小于200 ns，脉冲底宽调节范围为440～2420 ns的梯形波脉冲放电系统。和常见的集中参数型冲击磁铁相比，分布参数型冲击磁铁具有更优越的动态响应特性，适合产生一个前沿更加陡峭、波形更为理想的梯形波脉冲。根据CEPC的束流注入物理需求，完成了一台分布参数型冲击磁铁的物理设计和结构设计，并采用了PSpice和Opera程序进行模拟仿真。设计结果表明：冲击磁铁由26级LC单元结构叠装而成，磁铁总长为1018 mm，磁有效长度为942 mm；在[−20，20] mm磁铁孔径内，磁场强度为0.042 1 T，磁场均匀性优于±0.2%；冲击磁铁系统总上升时间（10%～90%）为193 ns，下降时间（90%～10%）为191 ns。理论分析、PSpice程序和Opera程序模拟均验证了磁铁设计方案的可行性。

激光驱动的正电子源具有高产额、短脉宽、高能量的优点。采用粒子模拟和蒙特卡罗模拟相结合的方法，对相对论飞秒激光与表面具有微米丝阵结构的调制靶相互作用产生正电子束的过程进行了全三维的模拟研究。结果表明，在激光能量约3.2 J、脉宽约为40 fs的情况下，可得到产额为10¹¹量级、最大能量达120 MeV的超热电子束，其轰击高Z转换靶可达到产额为10⁹量级、截止能量约50 MeV的正电子，且正电子的发散角仅为4.92°。相比于平板靶，表面调制靶的使用可以提高正电子的产额、能量和定向性。

极端超短超强激光脉冲的诞生将光与物质的相互作用推进到由辐射阻尼效应和量子电动力学（QED）效应占主导的高度非线性物理范畴。强场QED效应蕴含了丰富的物理过程包括辐射阻尼、高能伽马辐射、正负电子对产生、QED级联、真空极化等，是高能量密度物理和强场物理研究领域的前沿热点。QED级联是解释致密天体辐射和伽马射线暴形成的重要物理机制，其产生的稠密正电子源在高能物理、材料无损探测、癌症诊断等领域亦有重要的应用前景。介绍了QED级联过程及其理论模型，讨论了固体靶中的QED级联发展及其诱导的非线性物理效应，并回顾了固体靶中稠密正电子产生的主要研究成果。

随着激光技术的飞快发展，激光强度不断提高，超强外场下真空中正负电子对产生的过程，即能量向质量转化过程，已经成为一个研究热点。主要综述了近几年量子Vlasov方程方法和计算量子场论(数值求解Dirac方程)方法在研究强场下真空中正负电子对产生方面的进展，分别介绍了空间均匀场和空间不均匀场下的粒子对产生的情况。第一种情况主要介绍双脉冲结构振荡电场中电子-正电子对的产生、强双频振荡电场中非微扰电子-正电子对的产生、频率调制的激光场中电子-正电子对的产生和Dirac真空对啁啾外场的快速分辨。第二种情况主要介绍优化空间局域电场提高粒子对的产生率、多个势阱-垒结构的振荡场对粒子对产生的增强、振荡 Sauter 电势中正负电子对产生的问题、操纵Dirac真空以控制其在场诱导下的衰变、作为信息传输介质的Dirac真空还有正负电子对产生中的相干和非相干啁啾机制的转变。

用计算量子场论方法研究了非线性啁啾频率对势阱中正负电子对产生的增强效应。研究了由静态势阱和动态势阱组成的组合势阱中产生的正负电子对的密度、产额和能谱等性质随着啁啾参数的变化，分析了组合势阱的频谱和瞬时束缚态。发现非线性啁啾效应对低频区域比较敏感，与固定频率情况相比可以使粒子数增加2～3倍。与组合势阱相比，非线性啁啾效应对单个振荡势阱更敏感。在低频下单个振荡的势阱中正负电子对产额可提高多个数量级。这是因为在低频下单个振荡的势阱中，主要通过量子隧穿过程产生的正负电子对数目非常低。非线性啁啾效应增加了高频场成分，提高了多光子过程和动力学辅助机制。由于高频抑制作用，所以非线性啁啾效应对高频区域粒子的增量不大，甚至会抑制正负电子对的产生。

为满足固体激光器的应用需求, 研究人员不断改进YAG激光晶体生长技术, 其中控制 YAG中的缺陷结构对于晶体的生长尤为重要。本工作对提拉法两种工艺制备的晶体样品进行了缺陷研究, 特别是晶体散射点的起源。正电子湮没技术是一种对材料微观结构十分灵敏且有效的核物理技术分析表征手段, 对空位缺陷、微孔等极为敏感。根据正电子湮没寿命谱与多普勒展宽谱的分析结果, 无论工艺、有无散射点, 样品的正电子寿命及多普勒展宽线性参数均存在差异。这说明晶体主要缺陷是YAG结构中的本征缺陷, 散射点可能是空位团聚引起的纳米微孔, 研究表明该技术可以灵敏地表征YAG晶体散射点。正电子湮没实验反映的晶体单晶质量差异与X射线衍射、单晶摇摆曲线、光透过率以及位错密度结果吻合。在研究晶体的物理性能和缺陷与材料微结构的关系上正电子湮没技术具有独特的技术优势, 同时正电子湮没技术可以在微观尺度上有效反映晶体质量。

室温下采用能量为1 MeV、剂量分别为5.8×10¹⁴ ions·cm^-2和2.9×10¹⁵ ions·cm^-2的Xe离子对核燃料元件基体石墨进行了辐照试验，用慢正电子束和纳米压痕研究了离子辐照对基体石墨微观缺陷和宏观力学性能产生的影响，根据正电子湮没S参数随正电子入射能量E的变化曲线，获得了辐照缺陷随深度和剂量的变化规律，并与SRIM（Stopping and Range of Ions in Matter）软件模拟的辐照损伤和注入离子随深度的分布进行了对比。慢正电子束测试结果表明：Xe离子辐照在燃料元件基体内引入一个深度约为600 nm的损伤层，且缺陷浓度峰值出现在离表面250~350 nm的深度范围内。S参数在辐照样品损伤层的显著增加表明，辐照引入了高浓度的空位型缺陷，且随着辐照剂量的增加，损伤层内空位型缺陷的浓度或尺寸明显增大。纳米压痕结果表明：在辐照后的样品内出现了明显的硬化现象，原因是辐照引起的高浓度空位型缺陷所致，与慢正电子束的分析结果一致。