-
电子束驱动强场QED效应及其产生的稠密极化正电子源
2024-06-11
聚变理论与模拟中心
导读近日,我中心朱兴龙研究员与上海交大盛政明教授、人民大学王伟民教授等人合作在《Physical Review Letters》上发表题为“Dense polarized positrons from beam-solid interaction”的研究成果。该研究报道了强场量子电动力学(QED)研究方面的最新进展,在国际上首次发现了通过电子束直接驱动固体靶高效激发多光子Breit-Wheeler(BW)过程以及由此产生稠密极化正电子束的物理现象,揭示了QED场强下束靶相互作用新机制,为高能极化正电子源的发展及应用研究奠定了基础。研究背景高能正电子产生不仅是强场QED物理中最重要的过程之一,而且在诸多研究领域中起着至关重要的作用。特别是,当高能正电子束携带高自旋极化度时,其可以应用于探索一些基本的物理问题,例如寻找超标准模型新物理、探测核子结构以及理解一些极端的天体物理现象等。尽管高密度高能量的极化正电子可能广泛地存在于一些高能天体物理环境中,但是它们很难在实验室中获得。研究亮点研究团队在国际上首次发现了相对论非极化电子束与固体结构靶相互作用产生稠密极化GeV正电子的全新物理方案。电子束首先经过一个小角度的空心锥型靶(充当聚焦器)诱导强烈的磁聚焦,使其密度提高约两个数量级;电子束被聚焦到近固体密度范畴,这对触发强场QED过程是至关重要的,如此高密度电子束是当代加速器或其他技术方法所不能直接实现的。随后,聚焦的高密度电子束直接入射到一个固体靶表面(充当转换器)激发多光子BW过程产生稠密正电子,如图1所示。当高密度电子束撞击到固体靶表面时,其将引起超强的等离子体电子回流,从而在靶表面产生非对称强磁场。在此强磁场中电子束将发生进一步聚焦作用,同时将靶内的磁场强度进一步放大到兆特斯拉以上。相对论电子在此高强度准静态磁场作用下可以有效触发多光子BW过程,产生大量高能稠密正电子。另一方面,该磁场在等离子体内与真空中是不对称的,产生的正电子主要位于靶内侧,其经历着单极强磁场,通过辐射自旋翻转效应获得高极化度。此外,由于洛伦兹力的作用,在靶内产生的正电子将沿着-y方向偏离,而在靶外产生的正电子将沿着+y方向偏离。最终,产生两团自旋方向相反的高极化稠密GeV正电子束。计算结果表明,获得的正电子能量转化效率可达108/J,驱动电子与正电子的产率比达到0.3e+/e-,这是目前其他方法所难以达到的。这得益于驱动束激发强作用场的同时,其自身始终处于最强场区域,直至能量耗尽为止,是一种自持的高效作用机制。与之相比,在高强度激光作用构型中,往往取决于激光脉宽(即约为10fs尺度),产生的极化正电子能量转化效率一般不超过104/J。因此,该研究是目前产生稠密极化正电子最高效的方法。图1. (a)物理方案原理图,包括电子束聚焦和正电子产生。(b)稠密极化正电子产生机制图。总结与展望该工作首次报道了一种高效、简洁的方法,在不采用高强度激光的情况下,通过高能电子束驱动固体靶直接激发多光子BW过程并产生高极化稠密正电子束,揭示了QED场强下新的束靶作用机制。获得的正电子束电量可达纳库级、平均极化度高达40%以上。电子束在靶表面诱导的准静态强磁场具有天然不对称性,由此引起的正电子自旋极化机制是稳健的。研究表明进一步增加驱动束电量或能量,可以产生更多的极化正电子。该研究为高能极化正电子源的产生和应用研究提供了新途径。浙江大学物理学院朱兴龙研究员为该论文的第一作者兼通讯作者,上海交通大学盛政明教授和中国人民大学王伟民教授为共同通讯作者,合作者包括陈民教授、余同普教授、翁苏明教授和刘维媛博士。该工作得到了国家自然科学基金、浙江大学百人计划等项目的资助。论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.235001欢迎感兴趣的同学前来交流或加入朱老师课题组开展相关研究,详情见:https://person.zju.edu.cn/xlzhu
-
Lectures by Pro. Fulvio Zonca ,May 23-June 11,2024
2024-05-14
聚变理论与模拟中心
Abstract: Lecture series on Physics of Alfvén waves and energetic particles in fusion plasmas will be given to Mode structures and global dispersion of Alfvén waves in tokamaks and will be lectured by Prof. Fulvio Zonca in Spring 2024. These Lectures will cover with pedagogical style the first part of Reviews of Modern Physics 88, 015008 (2016) and are based on the 2018 Intensive Course Lecture Notes, which was a continuation of the Intensive Course on Linear physics and stability in tokamaks taught at IFTS. Prerequisite of the course is a preliminary knowledge of general plasma physics and classical mechanics, and the Lecture Notes of the 2017 Intensive Course. General theoretical aspects are treated in Lectures (1 ÷ 7), which are complemented by corresponding Q&A Sessions.Link to details: https://www.afs.enea.it/zonca/references/seminars/IFTS_spring24/ Time: Lectures (10am-11:30am) will be held at IFTS on May 23-29-31 and June 3-5-7-11, with corresponding Q&A Sessions (4pm-5pm) of the same days.Location: Room 323, Physics Building, Zijingang Campus Main areas that will be explored are: (I) Variational methods in plasma physics i) Constructing variational principles: Euler equations and Lagrangian A general methodology (Lecture 1) ii) Examples and applications of variational principles: Power dissipation in a passive resistive network Energy eigenvalues in quantum mechanics (Lecture 2) iii) Shear Alfvén waves in tokamaks. Variational formulation and variational principle Integral form of the dispersion relation (Lecture 3) (II) Wave propagation in slowly varying, weakly non-uniform media iv) Eikonal formulation of wave equations. Wave-packet amplitude evolution equation. (Lecture 4) v) The wave kinetic equation. Bound states and Schrödinger equation. (Lecture 5) (III) Description of Alfvén waves in tokamaks vi) Global eigenvalue problem in toroidal plasmas. The formation of meso-scales. (Lecture 6) vii) Time asymptotic solution and WKB dispersion relation. (Lecture 7)You are warmly welcomed to take part in !
-
蒋沛攸博士学位论文答辩通知
2024-05-14
聚变理论与模拟中心
论文题目:基于编译时符号计算的回旋动理学磁流体混合代码开发答辩人: 蒋沛攸指导教师:傅国勇教授答辩委员会成员:主席: 李继全 研究员 核工业西南物理研究院委员: 蔡辉山 教授 中国科学技术大学 王丰 教授 大连理工大学 马志为 教授 浙江大学 肖湧 教授 浙江大学 武慧春 教授 浙江大学答辩时间:2024年5月18日14:00答辩地点:浙江大学紫金港校区物理学院(海纳苑8幢)322欢迎参加!
-
杨宏伟博士学位论文答辩通知
2023-12-07
聚变理论与模拟中心
主题:杨宏伟博士学位论文答辩通知答辩人:杨宏伟指导老师:肖湧 教授时间:2023年12月8日(周五)下午1:00地点:海纳苑8幢439欢迎各位师生参加!
-
The 14th International West Lake Symposium – Frontier Progress in Fusion Energy Research and Development
2023-07-03
聚变理论与模拟中心
第十四届西湖国际会议——聚变研发的前沿进展2023年5月26日至28日,第十四届西湖国际会议——聚变研发的前沿进展在浙江省杭州市浙江宾馆举行。本届西湖国际会议涵盖了聚变的理论、研发和实验方面,着重讨论了五个主题:私人公司聚变研发,仿星器,惯性约束聚变,聚变新概念,磁约束聚变。此次会议由浙江大学聚变理论与模拟中心主办,来自中国科技大学、中科院物理所、北京大学、上海交通大学、核工业西南物理研究院、北京应用物理与计算数学研究所、韩国聚变研究所、日本国家聚变科学研究所、法国莱昂纳多达芬奇大学、意大利国家新技术、能源和可持续经济发展局、德国马普等离子体物理研究所等校、所的91名专家、学者和研究生参加了会议。会议由浙江大学聚变理论与模拟中心组织,由浙江大学聚变理论与模拟中心的傅国勇教授发起。大会首先由浙江大学聚变理论与模拟中心的盛正卯教授致大会欢迎词。整个会程共开设12场报告,共39人作了邀请报告。参会人员对每个报告的议题都进行了热烈的讨论,增强了国际交流与合作。本次会议共收到摘要39篇。参会人员对每一个报告的议题都进行了热烈的讨论,对每一次邀请报告都发表了自己的意见和建议,为聚变理论、研发应用和模拟研究开拓了思路。
-
Obaydur Rahman博士学位论文答辩通知
2021-03-05
聚变理论与模拟中心
主题: Obaydur Rahman博士学位论文答辩通知答辩人:Obaydur Rahman指导老师:盛正卯 教授 答辩时间:2021 年3 月 6 日(周六)下午13:30答辩地点:教11-413会议室欢迎各位师生参加!
-
李跃岩博士答辩通知
2020-06-03
聚变理论与模拟中心
博士论文题目:托卡马克等离子体中电磁不稳定性的数值研究答辩人:李跃岩指导老师:肖 湧 教授答辩委员会:主席:陈 骝 教 授 浙江大学委员:王少杰 教 授 中国科学技术大学 陈 伟 研究员 核工业西南物理研究院 傅国勇 教 授 浙江大学 马志为 教 授 浙江大学 肖 湧 教 授 浙江大学 答辩时间:2020 年 6 月 4 日(周四)上午 10:00答辩地点:钉钉APP摘要: 托卡马克中涉及磁扰动和电流扰动的多种电磁不稳定性,如漂移波不稳定性、阿尔芬不稳定性等,对等离子体边界稳定性和快粒子物理十分重要,是高约束模式(H模)和燃烧等离子体物理的关键物理内容。动理学气球模(KBM),作为一种由压强梯度驱动的电磁漂移波不稳定性,在等离子体台基区由于其陡峭的压强剖面容易被激发。其压强梯度阈值在EPED代码的模型中起着至关重要的作用,而该模型已经成功地预测了许多托卡马克装置中高约束模式放电下台基区的高度和宽度。阿尔芬不稳定性是托卡马克等离子体中另外一种重要的电磁不稳定性,包含阿尔芬本征模(AE),如比压阿尔芬本征模(BAE)、环阿尔芬本征模(TAE)等诸多模式,可以被快粒子或者热离子通过通行共振或进动共振激发。其中KBM作为一种漂移阿尔芬不稳定性,被发现在离子温度梯度较大时会和BAE发生强烈的耦合,使得BAE模成为最不稳定的分支。而这些阿尔芬本征模即使在扰动场幅度不大的情况下,仍然会对共振快粒子造成较大的损失,这将对承受快粒子能量和动量流的装置第一壁造成较大的损伤。本论文针对KBM和阿尔芬不稳定性等托卡马克等离子体中的关键电磁不稳定性,开发和使用合适的模拟和计算工具,进行了如下三方面的研究探索。 (一)我们利用全域回旋动理学代码GTC,模拟研究了KBM对等离子体平衡敏感的物理原因。在GTC线性模拟结果中,我们发现当采用平台剖面的温度和密度分布时,在磁剪切为正时,径向模结构向外侧磁面移动。通过对KBM简化理论模型的建立和求解,我们发现KBM模结构的外移是由离子扰动平行可压缩效应导致的,其中该效应在磁剪切为正时为KBM提供致稳作用,而在磁剪切为负时不起作用,并在GTC模拟中分别采用了磁剪切为正和负的平台剖面对上述结论进行了验证。 (二)为了研究在托卡马克等离子体中观察到的各种漂移阿尔芬波物理,我们自主开发了一套非微扰线性稳定性有限元代码——“漂移阿尔芬快粒子稳定性代码”(DAEPS)。DAEPS代码的优势是其不仅可以快速、高效地得到漂移阿尔芬不稳定性的频率、增长率和模结构,还可以自洽地得到模结构的渐近行为,从而可以与理论进行比照。由于DAEPS的模型方程自动满足一般鱼骨模色散关系(GFLDR),从而DAEPS代码可以被方便地用于分析带电粒子动理学行为与漂移阿尔芬不稳定性间相互作用的物理。 (三)我们利用DAEPS代码研究了通行粒子动理学占主导的BAE和TAE物理,并针对如BAE和KBM等的长波长模设计了简化的动理学压缩项,采用这一简化的模型可以在保证精度的前提下,数百倍的加快计算速度。此外还发现,在DAEPS原始模型中忽略的平行扰动电场,对BAE物理影响很小。我们通过与理论结果的对比,发现了对于BAE和TAE这两种模,有限拉莫尔半径效应和有限轨道宽度效应可以通过降低波-粒共振强度而起到致稳作用。 本文针对托卡马克等离子体中的KBM、BAE、TAE等电磁不稳定性,通过对一系列简化理论的推导和本征值代码的开发,对模拟中发现的KBM的平衡敏感性、FLR和FOW效应对BAE、TAE等阿尔芬不稳定性的致稳作用等物理内容开展了一系列理论和数值研究,并发现了在数值中正确处理模结构渐近行为的重要作用。关键词:回旋动理学,电磁不稳定性,比压阿尔芬本征模,环阿尔芬本征模,动理学气球模
-
浙江大学陈骝教授获钱德拉塞卡等离子体物理学奖
2019-08-19
聚变理论与模拟中心
亚太物理学会联合会(Associationof Asia-Pacific Physical Societies)于8月16日在日本文部科学省召开新闻发布会,宣布浙江大学/加州大学的陈骝教授和京都大学的Kazunari Shibata教授共同获得第六届钱德拉塞卡等离子体物理学奖。钱德拉塞卡奖是亚太物理学会在等离子体物理领域的最高奖,为了纪念诺贝尔奖得主钱德拉塞卡而在2014年设立的,颁发给在等离子体物理领域做出开创性的重大成果的科学家。颁奖仪式将于2019年11月底在马来西亚古晋举办的第十四届亚太物理学会上进行。
-
第十一届计算物理国际会议(11th International Conference on Computational Physics)
2019-06-21
聚变理论与模拟中心
2019年6月24日-28日,第十一届计算物理国际会议(11th International Conference on Computational Physics)将在浙江大学紫金港校区举行。会议日程请见附件。6月24日-28日每天早晚都有班车,时间如下:TimeDeparture placeArrival place07:40 amEntrance of Yuquan Campus, Zhejiang University(浙江大学玉泉校区)Bld.MengMinWei, Zijingang Campus, Zhejiang University(浙江大学紫金港校区蒙民伟楼)19:00 pm Hangzhou Zijingang Internatioal Hotel(杭州紫金港国际饭店)Entrance of Yuquan Campus, Zhejiang Univeristy(浙江大学玉泉校区正门)希望各位老师、同学积极参加!ICCP11-会议日程安排.doc
-
13th International West Lake Symposium – Extreme Radiation Physics
2019-04-22
聚变理论与模拟中心
13th International West Lake Symposium – Extreme Radiation PhysicsHangzhou, China May 4-6, 2019 The 13th International West Lake Symposium – Extreme Radiation Physics (IWLS-ERP19) will be held in Hangzhou, China, May 4-6, 2019. IWLS-ERP19 will be hosted by the Institute for Fusion Theory and Simulation (IFTS), Zhejiang University. The mission of IFTS is to carry out cutting-edge research in plasma physics. Laser power is reaching 10 PW thanks to CPA. Intense lasers have led to many new research areas and applications, including novel schemes for laser-driven particle acceleration, fusion ignition, generation of extreme radiation in the X- and γ-ray, THz and microwave regimes, as well as laboratory modeling of astrophysical radiation sources. IWLS-ERP19 will mainly be on extreme-radiation generation and related, including cross-disciplinary, topics. Presentations of theoretical, computational, and experimental results from scientists and graduate students worldwide are welcome.Topics• Intense laser technology• Laser-plasma interaction• Laser particle accelerator• Extreme radiation sources (x/ ray, THz, microwave etc.)• Extreme radiation-matter interactionConference FormatInvited talks, oral talks, and posters.Program Committee (preliminary)Xian-Tu He (PKU/IAPCM/ZJU), Ru-Xin Li (SIOM/CAS), Yu-Tong Li (IOP/CAS), Zheng-Ming Sheng (SJTU/US), Zhi-Yi Wei (IOP/CAS), Yu-Xin Leng(SIOM/CAS),Hui-Chun Wu (IFTS/ZJU),Ming-Yang Yu (SZTU/ZJU)Organizing CommitteeHui-Chun Wu (IFTS/ZJU), Zheng-Mao Sheng (IFTS/ZJU), Dong Wu (IFTS/ZJU)Visa InformationChina requires visa for foreign visitors. A formal invitation letter from us will be needed for the visa application. You can also come as a tourist, in this case please contact the local Chinese Consulate for the visa requirements. If you need any help, please feel free to contact us.Contact PersonMs. Li (Secretary)Email: ifts@zju.edu.cnTel/Fax: +86-571-8795-3967
-
项锡锦硕士答辩通知
2019-02-25
聚变理论与模拟中心
硕士论文题目:尾隆分布下高能量粒子激发的测地声模的线性模拟答辩人:项锡锦指导老师:傅国勇 教授答辩委员会:主席:李 定 研究员 中国科学院物理研究所委员:高 翔 研究员 中国科学院等离子体研究所 傅国勇 教 授 浙江大学物理学系 马志为 教 授 浙江大学物理学系 盛正卯 教 授 浙江大学物理学系 朱国怀 教 授 浙江大学物理学系 仇志勇 副教授 浙江大学物理学系答辩时间:2019 年 3 月 1 日(周五)下午 15:00答辩地点:浙江大学玉泉校区教 11 - 413摘要:A systematic study of global energetic particle-induced geodesic acoustic mode (EGAM) has been carried out for bump-on-tail energetic distribution in tokamak plasmas using linear kinetic-fluid hybrid simulation. The stability threshold of EGAM in energetic particle pressure is found to be very low. The eigenmode structure becomes more and more radially extended as beam ion distribution evolves from bump-on-tail distribution to fully slowing-down distribution. The mode radial scale length increases with energetic particle orbit width.
-
王涛博士论文答辩通知
2019-02-25
聚变理论与模拟中心
博士论文题目:聚变等离子体中剪切阿尔芬波和高能量粒子动理学的混合模拟研究答辩人:王涛指导老师:仇志勇 副教授,Fulvio Zonca 教授答辩委员会:主席:李 定 研究员 中国科学院物理研究所委员:高 翔 研究员 中国科学院等离子体研究所 傅国勇 教 授 浙江大学物理学系 马志为 教 授 浙江大学物理学系 盛正卯 教 授 浙江大学物理学系 朱国怀 教 授 浙江大学物理学系 仇志勇 副教授 浙江大学物理学系答辩时间:2019 年 3 月 1 日(周五)下午 14:00答辩地点:浙江大学玉泉校区教 11 - 413摘要:在 ITER 等未来磁约束聚变装置中,高能量粒子对燃料等离子体的加热是维持燃烧状态的关键。然而,高能量粒子可以共振地激发剪切阿尔芬波等集体不稳定性,从而可能影响它们的约束性质。本论文通过 HMGC 模拟,研究了燃烧等离子体中的剪切阿尔芬波和高能量粒子动理学,其中主要包含了 RSAE 和 TAE 两类不稳定性。模拟发现,二者最不稳定的环向模数处在 10 的量级,符合理论估计。在波-粒子非线性相互作用中,模拟发现 RSAE 可以引发共振磁捕获粒子的对流性输运,径向去耦是重要的饱和机制。而在强驱动下,TAE 可能导致通行粒子的扩散性输运和高能量粒子的明显损失。其中,相空间共振岛重叠是共振粒子轨道随机化的主要原因。
-
魏西硕博士论文答辩
2018-12-04
聚变理论与模拟中心
博士论文题目:托卡马克台基区的离子极化密度修正答辩人:魏西硕导师:肖湧 教授 答辩委员会:主席:傅国勇 教授 浙江大学物理系委员:高翔 研究员 中国科学院等离子体研究所马志为 教授 浙江大学物理系盛正卯 教授 浙江大学物理系王少杰 教授 中国科学技术大学许敏 研究员 核工业西南物理研究院答辩时间:2018年12月7日(星期五)上午10:00答辩地点:浙江大学玉泉校区第12教学楼423室欢迎大家参加!
-
赵忱博士论文答辩通知
2018-08-31
聚变理论与模拟中心
论文题目:tokamak耗散捕获电子模数值模拟论文摘要:计算机数值模拟,是研究磁约束聚变物理的重要手段之一,在经过了20年左右的发展后,基于第一性原理的回旋动理学模拟已经成为了研究磁约束聚变数最重要的模拟方法之一,各种代码(GTC,GTS等)相继被开发并用于研究中。本文主要通过使用GTC代码详细研究了基于EAST近期实验数据的边缘台基区的不稳定性、级联(cascading)和湍流输运。由于在托卡马克台基区温度较低,碰撞频率较大,这导致在边缘区域出现一种碰撞起主要作用的耗散型捕获电子模(DTEM)的静电模,我们通过建立理论模型以及使用GTC代码数值模拟详细研究了这种不稳定性在边缘参数下的各种性质。我们发现在边缘区域中,这种不稳定性的线性增长率随碰撞频率的增大而增加,但是频率随碰撞频率的增长变化不大。而且这种不稳定性的线性阶段呈不规则气球模结构,其结构的峰值并不是传统的局域在极向面的外侧中平面附近,而是出现在局域在极向角0~2π的任何位置出现多峰值。在非线性模拟结果中,我们发现碰撞可以使耗散部或电子模(DTEM)的cascading方向不同于无碰撞捕获电子模(CTEM)的cascading方向。此外,我们发现DTEM湍流输运主要以对流(convective)输运为主,而且随着碰撞频率的增加,粒子输运和热输运的输运系数都会降低。答辩人:赵忱导师:肖湧 教授时间:2018年9月1日(星期六)10:00地点:浙江大学玉泉校区第11教学楼413室热烈欢迎感兴趣的师生参加!