激光调制布拉格峰能区附近团离子束与等离子体相互作用的数值模拟与实验验证

The interaction between energetic cluster-ion beam around Bragg Peak and plasma under radiation of laser is an important issue in research fields such as high-energy-density matter driven by heavy ion beams, inertial confinement fusion, and heavy ion electron cooling and so on. Such a topic involves many fields including high-energy-density physics, plasma physics, atomic and molecular physics and nuclear physics and so on.. This project will combine theoretical simulation and experimental verification (based on 320kV high-voltage ion-beam platform of Heavy-ion Accelerator National Laboratory in Lanzhou). Under the laser irradiation, a series of linear and nonlinear processes in plasma for cluster-ion beam around Bragg Peak will be studied, such as energy deposition, Coulomb explosion and charged states changes with the laser parameters, incident velocities, plasma densities and electron temperatures. The emphasis will be placed on the laser effects, nonlinear effects, the vicinage effects due to the correlation of cluster ion and the wake effects aroused by the electrical excitation of the plasma. The influences of above effects on the interaction will be evaluated.. With the funding of this project, it is promising to reveal the physical mechanisms about the interaction between cluster-ion beams and plasma under the laser irradiation, especially for the important energy region around Bragg Peak. It is expected to provide theoretical references and technical supports to the frontier research for cluster-ion beam driven inertial confinement fusion and high-energy-density physics.

激光调制布拉格峰能区附近团离子束与等离子体相互作用的研究是重离子束驱动高能量密度物质、惯性约束聚变及重离子电子冷却等方面的重要研究课题，涉及到高能量密度物理、等离子体物理、原子分子物理及核物理等多个学科领域。. 本项目将采用理论模拟结合实验验证（依托兰州重离子加速器国家实验室320kV高压离子束平台），通过分析激光辐照下布拉格峰能区附近团离子束在等离子体中的能量损失、库仑爆炸及电荷态等随激光参数、入射速度、等离子体参数变化的一系列线性、非线性物理过程，重点研究激光效应、非线性效应、团离子之间关联引起的临近效应和等离子体电激发引起的尾流效应，并评估这些效应带来的影响。. 通过本项目的研究有望揭示激光调制下布拉格峰附近这一重要能区的团离子束与等离子体相互作用过程的物理机制，从而为团离子束驱动惯性约束聚变和高能量密度物理等重大前沿领域研究提供重要的理论参考和技术支持。

本项目系统地研究了激光辐照载能团离子束与等离子体之间的相互作用，该研究是重离子束驱动高能量密度物质、惯性约束聚变及重离子电子冷却等领域中具有挑战性的前沿性课题。. 在本项目的支持下，我们以激光辐照载能团离子束在等离子体中的能量损失、库仑爆炸及电荷态的动态过程为研究重点，不仅采用了理论分析和数值模拟相结合的研究手段，还在实验方面利用中科院重离子加速器国家实验室320kV高压离子束平台开展了激光辐照高能强流离子束与物质相互作用的多项研究。主要研究内容和重要结果如下：激光能够对团离子束在等离子体中的能量损失、库仑爆炸和电荷态演化等过程产生影响，可以通过改变激光强度、激光频率和激光角度等方式进行调制。尾流效应是影响激光调制团离子束能量损失、库仑爆炸和电荷态模式的一个重要因素，这种影响主要是由于等离子体的电激发引起的，因此可以通过改变团离子的入射速度、等离子体的密度和温度等参数来对尾流效应进行干预；临近效应是团离子与等离子体相互作用中不同于传统原子离子束的一个关键因素，其由团自身结构的关联激发效应引起，并与团的类型、种类等因素有关，对离子束在等离子体中的能量沉积过程、库仑爆炸过程等具有重要的影响；在电荷态的研究过程中发现，双原子分子离子的导航离子和尾随离子在电荷态演化中呈现了非常不同的模式，尾随离子的电荷态随时间呈现振荡模式，且这种振荡受到入射速度、靶材料等因素影响，而导航离子由于尾流效应的非对称性而没有表现出振荡现象。此外，在实验中我们还发现离子束能够激发等离子体内部的双流不稳定性，这种不稳定性显著影响了离子在等离子体中的能量损失。. 通过本课题的研究，进一步完善了激光辐照载能团离子束与等离子体相互作用的理论体系，所得的研究结果对于离子束驱动惯性约束聚变和高能量密度物理等重大前沿领域研究具有参考价值。