相对论电子束在动态加载等离子体中的自聚焦传输

苏东; 唐昌建

doi:10.7498/aps.61.042501

摘要

为了进一步研究相对论电子束-离子通道辐射实验和理论的需要, 研究了相对论电子束入射中性气体以及通过碰撞电离动态加载等离子体实现对高能束流的自聚焦传输过程PIC(particle in cell) 模拟发现, 电子束电离出的离子背景能够实现对电子束的聚焦传输. 但是离子背景横向和纵向的不均匀性对束流的传输特性有显著影响. 在此基础之上, 提出了电子束在横向不均匀离子背景中传输的理论模型, 给出了束流的自聚焦条件.数值计算结果表明, 横向不均匀性会导致电子束的混合相位传输, 使得焦点附近内层电子可能跑到电子束外而被散焦损失, 这与PIC模拟的结果相符. 此外, PIC模拟还发现, 由于电子束的自聚焦, 在焦点处将电离出更多的离子而引起纵向不均匀性, 纵向不均匀性使得碰撞后的低能电子被俘获, 俘获电子效应会大幅降低电子束的传输效率. 但是俘获电子在纵向呈准周期分布, 对传输电子起到静电Wiggler场的作用, 可能实现静电Wiggler场的动态加载. 研究结果对于进一步研究电子束-等离子体系统的实验以及理论模型提出有一定的参考价值.

关键词:

作者及机构信息

苏东,
唐昌建

1.
四川大学高能量密度物理及技术教育部重点实验室, 成都 610064

基金项目: 科技部重大专项项目(批准号:2009GB105003) 资助的课题.

参考文献

[1]	Bohm D, Gross E P 1949 Phys. Rev. 15 1864
[2]	Achiezer A J, Fainberg Y B 1950 Doklady AN USSR 73(I) 555
[3]	Zavjalov M A, Mitin L A, Perevodchikov V I, Tskhai V I, Shapiro A L 1994 IEEE Trans. Plasma Sci. 22 600
[4]	Goebel D M 1999 IEEE Trans. Plasma Sci. 27 800
[5]	Rouhani M H, Maraghechi 2006 Phys. Plasmas 13 083101
[6]	Wang B, Tang C J, liu P K 2006 Acta Phys. Sin. 55 5953 (in Chinese) [王斌, 唐昌建, 刘濮鲲 2006 物理学报 55 5953]
[7]	Su D, Tang C J, Liu P K 2007 Acta Phys. Sin. 56 2802 (in Chinese) [苏东, 唐昌建, 刘濮鲲 2007 物理学报 56 2802]
[8]	Su D, Tang C J 2009 Phys. Plasmas 16 053101
[9]	Mirzanejhad S, Sohbatzadeh Ghasemi F M, Sedaghat Z, Mahdian Z 2010 Phys. Plasma 17 053106
[10]	Wang Z Y, Tang C J 2010 Phys. Plasmas 17 083114
[11]	Bret A, Gremillet L, Dieckmann M E 2010 Phys. Plasmas 17 120501
[12]	Su D, Tang C J 2011 Phys. Plasmas 18 023104
[13]	Ng J S T , Chen P, Baldis H, BoltonP, Cline D, CraddockW, Crawford C, Decker F J, Field C, Fukui Y, Kumar V, Iverson R, King F, Kirby R E, Nakajima K, Noble R, Ogata A, Raimondi P, Walz D, Weidemann A W 2001 Phys. Rev. Lett. 87 244801
[14]	Barov N, Rosenzweig J B, Conde M E, Gai W, Power J G 2000 Phys. Rev. Special Topics Accel. Beams 3 011301
[15]	Amiranoff, Bernard D, Cros B, Jacquet F, Matthieussent G, Mine P, Mora P, Morillo J, Moulin F 1995 Phys. Rev. Lett. 74 5220
[16]	Lindberg R R, Charman A E, Wurtele J S 2004 Phys. Rev. Lett. 93 5
[17]	Song F L, Zhang Y H, Xiang F, Chang A B 2008 Acta Phys. Sin. 57 1807 (in Chinese) [宋法伦, 张永辉, 向飞, 常安碧 2008 物理学报 57 1807]
[18]	Goebel D M, Ponti E S, Feicht J R, Watkins R M 1996 Intense Microwave Pulses IV 69 2843
[19]	Zhou H F, Tang C J 2008 High Power Laser and Particle Beams 20 147 (in Chinese) [周华芳, 唐昌建 2008 强激光与粒子束 20 147]
[20]	Barker R J 4I?, ±D2 (è) 2005 High-power Microwave Sources and Technologies, First edition(Beijing: Tsinghua University Press)p256, 258 (in Chinese) [刘国志, 周传明译2005 高功率微波源与技术第一版(北京: 清华大学出版社)第256,258页]?]

施引文献

[1]	Bohm D, Gross E P 1949 Phys. Rev. 15 1864
[2]	Achiezer A J, Fainberg Y B 1950 Doklady AN USSR 73(I) 555
[3]	Zavjalov M A, Mitin L A, Perevodchikov V I, Tskhai V I, Shapiro A L 1994 IEEE Trans. Plasma Sci. 22 600
[4]	Goebel D M 1999 IEEE Trans. Plasma Sci. 27 800
[5]	Rouhani M H, Maraghechi 2006 Phys. Plasmas 13 083101
[6]	Wang B, Tang C J, liu P K 2006 Acta Phys. Sin. 55 5953 (in Chinese) [王斌, 唐昌建, 刘濮鲲 2006 物理学报 55 5953]
[7]	Su D, Tang C J, Liu P K 2007 Acta Phys. Sin. 56 2802 (in Chinese) [苏东, 唐昌建, 刘濮鲲 2007 物理学报 56 2802]
[8]	Su D, Tang C J 2009 Phys. Plasmas 16 053101
[9]	Mirzanejhad S, Sohbatzadeh Ghasemi F M, Sedaghat Z, Mahdian Z 2010 Phys. Plasma 17 053106
[10]	Wang Z Y, Tang C J 2010 Phys. Plasmas 17 083114
[11]	Bret A, Gremillet L, Dieckmann M E 2010 Phys. Plasmas 17 120501
[12]	Su D, Tang C J 2011 Phys. Plasmas 18 023104
[13]	Ng J S T , Chen P, Baldis H, BoltonP, Cline D, CraddockW, Crawford C, Decker F J, Field C, Fukui Y, Kumar V, Iverson R, King F, Kirby R E, Nakajima K, Noble R, Ogata A, Raimondi P, Walz D, Weidemann A W 2001 Phys. Rev. Lett. 87 244801
[14]	Barov N, Rosenzweig J B, Conde M E, Gai W, Power J G 2000 Phys. Rev. Special Topics Accel. Beams 3 011301
[15]	Amiranoff, Bernard D, Cros B, Jacquet F, Matthieussent G, Mine P, Mora P, Morillo J, Moulin F 1995 Phys. Rev. Lett. 74 5220
[16]	Lindberg R R, Charman A E, Wurtele J S 2004 Phys. Rev. Lett. 93 5
[17]	Song F L, Zhang Y H, Xiang F, Chang A B 2008 Acta Phys. Sin. 57 1807 (in Chinese) [宋法伦, 张永辉, 向飞, 常安碧 2008 物理学报 57 1807]
[18]	Goebel D M, Ponti E S, Feicht J R, Watkins R M 1996 Intense Microwave Pulses IV 69 2843
[19]	Zhou H F, Tang C J 2008 High Power Laser and Particle Beams 20 147 (in Chinese) [周华芳, 唐昌建 2008 强激光与粒子束 20 147]
[20]	Barker R J 4I?, ±D2 (è) 2005 High-power Microwave Sources and Technologies, First edition(Beijing: Tsinghua University Press)p256, 258 (in Chinese) [刘国志, 周传明译2005 高功率微波源与技术第一版(北京: 清华大学出版社)第256,258页]?]

[1]	钟哲强, 张彬, 母杰, 王逍. 基于紧聚焦方式的阵列光束相干合成特性分析. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200034
[2]	王琳, 魏来, 王正汹. 垂直磁重联平面的驱动流对磁岛链影响的模拟. 物理学报, 2020, 69(5): 059401. doi: 10.7498/aps.69.20191612
[3]	蒋涛, 任金莲, 蒋戎戎, 陆伟刚. 基于局部加密纯无网格法非线性Cahn-Hilliard方程的模拟. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191829
[4]	王晓雷, 赵洁惠, 李淼, 姜光科, 胡晓雪, 张楠, 翟宏琛, 刘伟伟. 基于人工表面等离激元的厚度渐变镀银条带探针实现太赫兹波的紧聚焦和场增强. 物理学报, 2020, 69(5): 054201. doi: 10.7498/aps.69.20191531
[5]	周瑜, 操礼阳, 马晓萍, 邓丽丽, 辛煜. 脉冲射频容性耦合氩等离子体的发射探针诊断. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191864
[6]	杨进, 陈俊, 王福地, 李颖颖, 吕波, 向东, 尹相辉, 张洪明, 符佳, 刘海庆, 臧庆, 储宇奇, 刘建文, 王勋禺, 宾斌, 何梁, 万顺宽, 龚学余, 叶民友. 东方超环上低杂波驱动等离子体环向旋转实验研究. 物理学报, 2020, 69(5): 055201. doi: 10.7498/aps.69.20191716
[7]	罗菊, 韩敬华. 激光等离子体去除微纳颗粒的热力学研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191933
[8]	刘家合, 鲁佳哲, 雷俊杰, 高勋, 林景全. 气体压强对纳秒激光诱导空气等离子体特性的影响. 物理学报, 2020, 69(5): 057401. doi: 10.7498/aps.69.20191540
[9]	刘丽, 刘杰, 曾健, 翟鹏飞, 张胜霞, 徐丽君, 胡培培, 李宗臻, 艾文思. 快重离子辐照对YBa2Cu3O7-δ薄膜微观结构及载流特性的影响. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191914
[10]	翁明, 谢少毅, 殷明, 曹猛. 介质材料二次电子发射特性对微波击穿的影响. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200026
[11]	刘乃漳, 张雪冰, 姚若河. AlGaN/GaN 高电子迁移率器件外部边缘电容的物理模型. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191931
[12]	罗端, 惠丹丹, 温文龙, 李立立, 辛丽伟, 钟梓源, 吉超, 陈萍, 何凯, 王兴, 田进寿. 超紧凑型飞秒电子衍射仪的设计. 物理学报, 2020, 69(5): 052901. doi: 10.7498/aps.69.20191157
[13]	方文玉, 张鹏程, 赵军, 康文斌. H, F修饰单层GeTe的电子结构与光催化性质. 物理学报, 2020, 69(5): 056301. doi: 10.7498/aps.69.20191391
[14]	任县利, 张伟伟, 伍晓勇, 吴璐, 王月霞. 高熵合金短程有序现象的预测及其对结构的电子、磁性、力学性质的影响. 物理学报, 2020, 69(4): 046102. doi: 10.7498/aps.69.20191671

引用本文:

Citation:

计量

文章访问数: 1534
PDF下载量: 503
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

文章查询

留言板