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质子束在等离子体中传输的粒子模拟研究

作　者: 周东方
导　师: 田成林；马燕云
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 物理学
关键词: 质子束粒子模拟束-等离子体相互作用等离子体波中和等离子体尾波场加速密度间断
分类号: TL632
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

离子束脉冲有很多实际的应用,诸如重离子束惯性聚变、质子束“快点火”、质子束成像、医疗等。在这些应用中,由于束离子之间强空间电荷互斥力,离子束非中和的弹道聚焦是非常困难的。为了中和离子束的空间电荷,可以选择离子束脉冲在背景等离子体中传输。等离子体电子可以有效的中和离子束空间电荷,同时背景等离子体为也为离子束的聚焦提供了理想的传输介质。本文用2D3V粒子模拟程序PLASIM研究了长脉冲质子束在等离子体中的传输特性,模拟结果表明,等离子体可以明显改善质子束的空间传输特性,大尺度的等离子体相对于等离子体层可以实现较长距离的稳定传输,同时随着质子束的传输,因束电荷的中和,束径向作用力会对束产生箍缩作用。研究发现,在实现长距离传输时,等离子体波会对质子束密度有较大的调制作用,严重影响质子束的传输性质,同时梯度较小的束密度分布可以有效减弱等离子体波的激发,实现束较稳定的传输。作为质子束激发尾波场的应用,最近,Caldwell等人讨论了利用质子束激发尾波场加速电子,同时显示了高能电子的产生。与外部注入电子束不同,我们讨论了利用等离子体密度间断实现等离子体电子的自注入,PLASIM模拟结果显示,密度间断实现了电子的自注入,并且捕获的电子束处于加速相位,同时随着密度间断大小的增大,可以增加等离子体电子的捕获。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-22
  1.1 惯性约束核聚变  11-14
  1.2 激光质子加速  14-16
  1.3 带电粒子束的传输  16-18
  1.4 粒子模拟方法介绍  18-21
  1.5 本文的研究工作  21-22
第二章离子束在等离子体中的传输  22-31
  2.1 离子束在等离子体中传输的基本方程  22-24
  2.2 长脉冲离子束传输的近似方程  24-27
    2.2.1 稳态离子束  24-27
    2.2.2 非稳态离子束  27
  2.3 等离子体波  27-29
  2.4 尾波场加速电子  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章质子束在等离子体中的传输  31-39
  3.1 质子束在等离子体中传输的基本图像和PIC模拟条件  31-33
  3.2 等离子体对质子束传输特性的改善  33-35
  3.3 等离子体波对质子束传输特性的影响  35-37
  3.4 本章小结  37-39
第四章质子束尾波场加速电子  39-48
  4.1 密度间断实现电子自注入的基本原理  39-40
  4.2 质子束激发尾波场的模拟  40-42
  4.3 密度间断导致的电子捕获  42-45
  4.4 密度间断大小对电子捕获的影响  45-47
  4.5 本章小结  47-48
结束语  48-50
致谢  50-51
参考文献  51-56
作者在学期间取得的学术成果  56-57
附录A 部分彩图  57

质子束在等离子体中传输的粒子模拟研究

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