强激光驱动的梯度靶等离子块加速

摘要

通过粒子(particle-in-cell, PIC)模拟技术,提出了一种强激光(I0～1018 W/cm2)驱动的基于非对称内爆的梯度靶等离子体块加速新方案.以质子靶为例,首先给出均匀密度靶中等离子体内爆的特征,以及靶厚、激光极化和脉冲长度等参数对内爆的影响;在此基础上,通过改变靶的密度梯度,破坏引发内爆的有质动力势的对称性,形成等离子体的非对称内爆.与均匀密度靶中的对称内爆相比,基于密度梯度靶的非对称内爆得到的等离子体块中的质子能量更高(从10 keV量级提升到102 keV量级),束流品质更好.由于改进的质子能量正好处于质子-硼发生聚变反应的最大概率所在能区,因此这一研究对于利用强激光驱动质子-硼聚变的方案有着重要的潜在应用价值.

关键词

等离子体块加速 / 强激光 / 等离子体内爆 / 质子-硼聚变 / 粒子模拟