摘要：为了进一步研究相对论电子束-离子通道辐射实验和理论的需要,研究了相对论电子束入射中性气体以及通过碰撞电离动态加载等离子体实现对高能束流的自聚焦传输过程PIC（particle in cell）模拟发现,电子束电离出的离子背景能够实现对电子束的聚焦传输.但是离子背景横向和纵向的不均匀性对束流的传输特性有显著影响.在此基础之上,提出了电子束在横向不均匀离子背景中传输的理论模型,给出了束流的自聚焦条件.数值计算结果表明,横向不均匀性会导致电子束的混合相位传输,使得焦点附近内层电子可能跑到电子束外而被散焦损失,这与PIC模拟的结果相符.此外,PIC模拟还发现,由于电子束的自聚焦,在焦点处将电离出更多的离子而引起纵向不均匀性,纵向不均匀性使得碰撞后的低能电子被俘获,俘获电子效应会大幅降低电子束的传输效率.但是俘获电子在纵向呈准周期分布,对传输电子起到静电Wiggler场的作用,可能实现静电Wiggler场的动态加载.研究结果对于进一步研究电子束-等离子体系统的实验以及理论模型提出有一定的参考价值.

关键词：相对论电子束 离子通道 自聚焦 pic模拟 

单位：四川大学高能量密度物理及技术教育部重点实验室 成都610064