激光等离子体中高能质子束的2D-PIC模拟：密度梯度关键影响

本文主要探讨了高能质子束在激光等离子体相互作用过程中的传输行为，利用二维相对论粒子模拟程序(2D-PIC)进行了数值模拟。研究的关键焦点在于密度梯度标长对高能质子束特性的影响。当激光与高密度等离子体相互作用时，密度梯度的尺度长度起着决定性的作用。当这个尺度长度增加时，靶后的静电场也随之增强，这会导致质子的最大能量显著提升。这种现象表明，通过调整激光与等离子体之间的密度分布，可以有效地控制和优化质子束的能量输出。 数值模拟结果显示，对于薄靶发射的高能质子束，密度梯度标长不仅对其能谱有约束作用，而且对质子束的加速、准直和发散过程有显著影响。高能质子束的形成和传播过程中，强激光与等离子体的耦合程度决定了这些物理过程的动态演化。这意味着，理解并控制这种空间耦合对于优化质子束的质量和方向性至关重要。 此外，研究还关注了与激光光学、强激光与等离子体相互作用、高能质子束、密度梯度标长以及粒子模拟方法等相关领域的交叉知识。发散角作为质子束扩散的一个关键参数，在本文中也被深入分析。作者将这些研究成果发表在《中国激光》杂志上，以供激光与光电子学领域的研究者参考，并为未来的实验设计和理论预测提供了重要的理论依据。 这篇论文提供了一种数值工具和技术，有助于科学家们深入理解并控制高能质子束在激光等离子体环境中的行为，这对于高能粒子物理学、核聚变研究以及潜在的应用，如粒子加速器和高能物理实验等领域具有重要意义。