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免费下载毕业论文-激光等离子体加速器离化注入的并行粒子模拟研究

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资料简介
毕业论文-激光等离子体加速器离化注入的并行粒子模拟研究,共87页,30733字
中文摘要
本文运用并行 PIC 程序 OSIRIS 对激光等离子体加速器中电子的离化注入
问题进行了模拟研究。以及针对不同的加速结构,通过改变激光光强、脉冲宽
度、等离子体密度、高原子序数气体丰度等参数,观察电子离化注入过程和电
子束流特性的改变,并给出定性的分析,总结出不同实验参量的影响。结果表
明,电子注入和束团变化对光强的依赖最为敏感,混合气体中模拟结果明显优
于单一气体,在适当参数条件下能得到较好品质的束流。采用等离子体通道可
以更好地引导激光传播,获得高能量、高电荷量的束流。最后,利用电子注入
条件,并结合理论推导,详细讨论了实验参数对于束团长度等的影响。
关键词:离化注入
中性气体
PIC
OSIRIS
等离子体通道
ABSTRACT
The ionization induced injection of electrons in laser-plasma accelerators is stud-
ied by simulations, using OSIRIS – a parallel PIC code. In terms of different acceler-
ating structures, through changing the experimental parameters like the laser intensity,
pulse duration, plasma density, concentration of high-Z gas, etc., the variation of in-
jection process and electron bunch properties is observed and analysed qualitatively,
from which the effects of different parameters are summarized. It is indicated that the
variation of injection and electron bunches is most sensitive to laser intensity, and the
results of mixture gas simulation are much better than that of pure gas. Under ap-
propriate conditions, bunches of high quality are obtained. The adoption of plasma
channel can guide the laser pulse better, conducing to obtain bunches of higher energy
and charge. At last, the impact of experimental parameters on the length of the bunches
is discussed in detail combined with injection condition and some other derivation.
Key words: ionization induced injection
neutral gas
PIC
OSIRIS
plasma channel
目录
第 1 章 引 言 ...1
1.1 课题背景及其意义 1
1.2 研究历史与现状[1,2] ....... 2
1.3 研究内容与方法 .. 4
第 2 章 相关理论及模拟工具简介 ...... 6
2.1 概述[2] ..... 6
2.2 基本方程组[3] ..... 7
2.3 电子注入条件 ..... 9
2.4 PIC 模型 12
2.5 计算工具简介 ... 14
OSIRIS[4] .... 14
其他辅助分析工具... 14
2.6 OSIRIS 中的电离模型 ... 14
BSI 与 BSIrand 模型 . 15
ADK 模型.... 15
OSIRIS 中 ADK 模型参数的添加 .... 16
第 3 章 激光与单电子相互作用 ....... 18
3.1 平面波电磁场与电子的相互作用 ........ 18
3.2 激光与电子的相互作用 . 19
3.3 模拟结果及分析 19
模拟参数..... 19
单粒子在激光场中的运动 ... 20
不同初始位置粒子的区别 ... 22
3.4 本章小结 23
第 4 章 中性气体中离化注入模拟 .... 24
4.1 单一气体中的离化注入 . 24
模拟参数设定 ........ 24
模拟结果及分析 ..... 24
4.2 均匀混合气体中的离化注入..... 27
加速模型及参数设定 27
混合气体长度的影响 28
激光光强的影响 ..... 31
激光脉宽的影响 ..... 31
氮气丰度的影响 ..... 32
相空间分支现象 ..... 33
4.3 通道型混合气体中离化注入模拟 ........ 33
等离子体通道 ........ 33
加速模型及参数设定 35
模拟结果及分析 ..... 36
第 5 章 关于 ?? 的一些讨论 ... 41
5.1 研究束长和电荷量的相关模拟 .. 41
激光脉冲沿长度的影响 ...... 41
激光强度的影响 ..... 43
等离子体密度的影响 44
气体种类的影响 ..... 44
5.2 ?? 分布的计算 ... 46
第 6 章 结论 .. 51
6.1 本文小结 51
6.2 进一步的研究 ... 52
插图索引 ........ 53
表格索引 ........ 55
参考文献 ........ 56
致谢 . 58
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