5-chap-3单粒子运动之五.ppt

代入r0的表达式， 其中， 称为作用在单个粒子上的有质动力（Ponderomotive force）。 有质动力是空间非均匀的高频电磁场对带电粒子的等效力，是电磁场压强的作用力（电磁场能量密度能的梯度为压力，后面的课程中我们将看到磁压力的作用），由于带电粒子与电磁场的强烈耦合，电磁场压力可以施加在带电粒子上，这就是有质动力来源。在在现在的激光光场强度很大的情况下，有质动力有时起着重要的作用。 (光子与粒子相互作用) 有质动力的方向与电荷正负无关，总是指向电场强度减弱的方向。但对电子的作用远大于离子. 这并不表明电子在此力的作用下可以抛开离子而独自行动，等离子体的准电中性保证了电子和离子不能够发生较大的分离。不管外界的力最初施加于等离子体中的哪一个成份，最终都是施加于等离子体本身。 所以单位体积等离子体所受的有质动力为: 有质动力起作用的一个重要现象是强激光束在等离子体中的自聚焦现象。由于激光束中心处的强度比边缘处大，处于激光束中的等离子体所感受的有质动力方向向外，因而激光束内部的等离子体密度将低于光束外，甚至形成中空结构。由于等离子体的折射率小于真空折射率，密度越大，折射率越小，这样中空分布的等离子体对激光束是一个起到汇聚的作用，边缘处的光线将折向中心，产生了所谓的自聚焦现象， 有质动力起作用的一个重要现象是强激光束在等离子体中的自聚焦现象 产生超热电子 弱场 强场 补充2：超强激光与尾场加速 产生超热电子 补充:超强激光 随着激光技术的发展, 特别是近年来超短脉冲啁啾技术(chirped pulse amplificating)的重大突破,使人们所能获得的激光强度提高了5 -6 个量级,其聚焦光强达到了1020 W/ cm2 .激光场的电场强度达到1011 V/ cm ,如果用来加速电子,能在10 cm 的距离内将电子加速至1012 eV 的量级. 这相当于目前的大型加速器上所能达到的能量. 补充:超强脉冲激光 常规加速器需要上公里的长度来加速粒子达到需要的能量，但小型化的等离子体尾场加速器在小于一米的长度内就能将粒子加速到同样的能量。 因此我们是否已经进入了告别大型加速器的时代呢？ 20～700 MeV GeV? 尾场——流体扰动形成的区域。在十六世纪早期，达芬奇通过在快速流动的水中放入障碍物的实验对尾波进行了首次科学性的研究。在十九世纪三十年代，苏格兰航海工程师John Scott Russell就指出：实际上，沿水渠运行的船只在某一特定的航行速度下将被自身的尾场加速。 尾场 补充:超强脉冲激光及激光尾场 等离子体 当激光脉冲在亚临界密度的等离子体中传播时, 光脉冲的纵向有质动力会推动等离子体中的电子向前运动, 使其偏离原来位置; 等离子体中的离子由于质量大, 将几乎保持不动. 当激光脉冲超越电子后, 由于正负电荷分离而产生的静电力会将电子往平衡位置拉, 造成电子在空间的纵向振荡, 形成电子等离子体波(见图) . 补充:超强激光尾场中的电子加速 当激光脉冲在亚临界密度的等离子体中传播时, 光脉冲的纵向有质动力会推动等离子体中的电子向前运动, 使其偏离原来位置; 等离子体中的离子由于质量大, 将几乎保持不动. 当激光脉冲超越电子后, 由于正负电荷分离而产生的静电力会将电子往平衡位置拉, 造成电子在空间的纵向振荡, 形成电子等离子体波(见图) . 补充:超强激光尾场中的电子加速 当激光脉冲在亚临界密度的等离子体中传播时, 光脉冲的纵向有质动力会推动等离子体中的电子向前运动, 使其偏离原来位置; 等离子体中的离子由于质量大, 将几乎保持不动. 当激光脉冲超越电子后, 由于正负电荷分离而产生的静电力会将电子往平衡位置拉, 造成电子在空间的纵向振荡, 形成电子等离子体波(见图) . 补充:超强激光尾场中的电子加速 激光尾场 当激光脉冲在亚临界密度的等离子体中传播时, 光脉冲的纵向有质动力会推动等离子体中的电子向前运动, 使其偏离原来位置; 等离子体中的离子由于质量大, 将几乎保持不动. 当激光脉冲超越电子后, 由于正负电荷分离而产生的静电力会将电子往平衡位置拉, 造成电子在空间的纵向振荡, 形成电子等离子体波(见图) . 补充:超强激光尾场中的电子加速 激光尾场 Laser pulse Plasma wave 由于该等离子波是由激光脉冲激发且存在于激光脉冲后方, 被称为激光尾波, 它的相速度与激光脉冲在等离子体中传播的群速度相同; 电荷分离所形成的场称为激光尾波场, 该纵向电场以同样的相速度向前传播. 补充:超强激光尾场中的电子加速 Laser pulse Simulation of a laser wakefield accelerator: bunches of electrons (yellow