超强光场驱动的高性能高能粒子束的产生及其应用开拓研究

超短超强激光驱动等离子体，可获得电子能量高达1GeV、质子能量高达60MeV的高性能粒子束，从而在高能加速器、聚变物理、短脉冲高亮度X光源产生、实现小型化自由电子激光等领域都有重大的应用价值。该研究主要研究利用超短超强激光在等离子体中形成稳定的特殊三维尾波结构，即空泡，实现单能电子加速。采用两种控制电子注入的方法，即两束激光对打和纳米细丝扰动，来提高电子加速的稳定性，并控制高能电子的数量和能量。该研究还将通过改变激光传输方向的等离子体密度，来改变空泡中纵向加速静电场的梯度，从而抵消高能电子束本身电荷分离场的梯度，以提高电子束的性能；还将研究高能电子束的细致结构，并考虑其可能的重大应用。该研究将利用靶后鞘层加速实现质子加速，并将利用多层靶来提高加速效率，利用微结构靶获得准单能质子束，同时研究获得高性能高能离子束的其他有效途径。