近临界密度等离子体中激光驱动质子加速的优化
等离子体物理
2026-04-10 v5 加速器物理
摘要
激光和等离子体参数的优化对于提高有限激光能量下激光驱动质子加速的能量至关重要，此技术可用于癌症治疗等应用。紧致聚焦在提高激光驱动质子加速方面发挥重要作用，通常认为其效果源于激光强度的提升。然而，我们发现即使在固定激光强度下，减小焦点尺寸仍会提高质子能量。通过粒子-in-cell 模拟和理论建模，我们发现当焦点尺寸为 0.8 {\mu}m 时，最大质子能量比常规焦点尺寸(3 {\mu}m)高出 56.3%。这种提升归因于在较小焦点尺寸下，惯性力驱动的电子占主导，产生更强的电荷分离场并以更高速度传播。此外，为优化质子加速，我们解析推导了理想等离子体密度轮廓，以促进相位稳定的质子加速，相较于紧致聚焦激光与均匀密度靶相互作用的情况，额外提高了 61.3%的能量。这些发现在参数变动下保持稳健，表明先进的聚焦技术结合优化等离子体轮廓可放宽对高激光能量的需求，从而降低对大型激光设施在医学和科学应用中的依赖。
引用
@article{arxiv.2512.19341,
title = {Optimization of laser-driven proton acceleration in a near-critical-density plasma},
author = {Guanqi Qiu and Qianyi Ma and Deji Liu and Dongchi Cai and Zheng Gong and Yinren Shou and Jinqing Yu and Xueqing Yan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.19341},
year = {2026}
}