强激光驱动高能粒子产生、加速、输运及能量沉积研究

重点研究大尺度高密度区带电粒子加速、传输过程，研究快点火物理、加速器物理以及低密度区带电粒子加速问题，兼顾次临界密度区的高品质束流问题，争取在快点火物理研究方面进行从低密度到高密度区的整体模拟计算。具体包括：1)探索电子和质子束在皮秒-拍瓦激光与相对论等离子体作用下的加速机制、特别是圆偏振激光与相对论等离子体作用的共振加速机制以及超薄低密度泡沫靶的新加速机制；2)研究高密度区相对论电子束脱离激光后在高密度区的输运和能量沉积问题和激光转换为点火热斑内能的效率；3)探索皮秒-拍瓦激光与固体靶作用下产生的相对论电子以及高能离子(包括质子)新机制；4)模拟天体物理中的若干现象，例如：电子极端加速度下的Unruh辐射等；5)理论和实验相结合，研究结果将同时为国家重大点火专项工程的新方案研究提供新的物理认识。

本报告为国家自然科学基金资助项目(10835003)总结。在本项目工作中，我们已经围绕大尺度高密度区带电粒子加速、传输过程、快点火物理、加速器物理以及低密度区带电粒子加速问题开展系统性的研究，这包括研究了：1）电子和质子束在超强激光与相对论等离子体作用下的加速机制、特别是圆偏振激光与相对论等离子体作用的共振加速机制以及超薄低密度泡沫靶的新加速机制；2)研究高密度区相对论电子束脱离激光后在高密度区的输运和能量沉积问题和激光转换为点火热斑内能的效率；3)探索皮秒-拍瓦激光与固体靶作用下产生的相对论电子以及高能离子(包括质子)新机制；4)模拟研究了等离子体物理中的若干新物理问题。本课题所需涉及到的理论及数值方法和新概念对研究激光（粒子束）与等离子体相互作用规律、新能粒子加速器、X射线源、以及激光聚变快点火方案等方面具有应用价值。项目执行期间，在国内外SCI专业刊物(如PRL、Nat.Phys.、APL、OL、PRE、POP等)发表研究论文122篇以上，完成了预定研究目标。