激光离子加速物理及应用

本教材主要面向刚刚进入激光等离子体加速领域或对高能量密度物理领域有兴趣的青年学者，从基本理论、数值模拟、实验开展、束流传输、潜在应用等多方面介绍激光离子加速的相关知识，以期帮助读者更全面、更系统地了解该领域，为之后的科学研究打下良好基础。

本书介绍了高功率激光与固体薄靶相互作用而驱动离子加速的几种物理机制理论的基本物理图像 ，重点探讨如何有效抑制传统光压加速过程中的横向不稳定性，如何延长加速过程，如何提高激光到离子的能量转换效率等；并介绍了预脉冲导致靶材预扩张对离子加速过程的影响等方面的研究。在激光离子加速实验方面 ，本书重点介绍了控制束流传输和靶材制备相关技术。最后，本书介绍了激光离子加速的一些在科学技术研究和实际生活中的重要潜在应用。

颜学庆，北京大学博雅特聘教授，物理学院副院长，核物理与核技术国家重点实验室副主任，并任怀柔北京激光加速创新中心主任。长期从事加速器与高亮度辐射源物理研究，提出和证实激光稳相光压加速方法，带领建造了首台 1% 能散激光质子加速器装置，并在瞬态核反应中子探测器校准、肿瘤辐照、等离子体二维磁场诊断和光核物理研究中获得重要应用。研究、推动了怀柔国家科学中心交叉平台“北京激光加速创新中心”的设立。作为项目首席科学家，他先后主持了科技部的国家重大仪器专项和基金委创新群体项目，曾获得中国核物理学会胡济民教育科学奖（2007年），入选德国洪堡学者（2008年）、北京很好青年科学家（2018年）和美国加州大学（埃尔文分校）Rostocker杰出讲师（2019年）。2019年获得世界加速器大会 Hogil Kim 加速器奖，2020年获得何梁何利科技进步奖。

第一章绪论                                             
第二章 激光等离子体相互作用的数值模拟                       
2.1 动力学模拟                                         
2.2 PIC 模拟软件使用简介                               
2.3 流体模拟                                         
第三章 激光与等离子体相互作用理论基础                       
3.1 激光与单电子相互作用                           
3.2 激光与等离子体相互作用                               
3.3 电子加热(能量吸收) 机制                                                               
第四章 激光驱动离子加速物理机制                         
4.1 靶背鞘层加速                                       
4.2 光压加速                                         
4.3 其他加速机制                                       
4.4 级联加速与后加速                                     
4.5 加速机制讨论                                     
第五章 光压加速的关键问题                                   
5.1 超高激光对比度的实现                               
5.2 有限焦斑效应                                       
5.3 横向不稳定性发展                                     
第六章 钛宝石超短超强激光简介                             
6.1 钛宝石振荡器                                       
6.2 啁啾脉冲放大技术                                   
6.3 国内外典型PW 激光系统                               
第七章 激光离子加速靶材制备                               
7.1 固体薄膜靶材                                     
7.2 低密度多孔泡沫靶材                                 
7.3 微结构靶                                         
7.4 液体薄膜靶                                       
第八章 激光离子加速器与诊断                             
8.1 激光品质提升系统                                                                     
8.2 离子加速系统                                       
8.3 离子诊断系统介绍                                   
8.4 激光离子加速实验                                   
第九章 束流传输系统简介                                 
9.1 束流物理基础                                       
9.2 激光加速束流输运系统常用元件                         
9.3 束流装置举例                                       
第十章 激光加速应用简介                                   
10.1 激光离子束的应用                                   
10.2 离子加速过程中的伴生辐射