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随着激光技术的发展，人们已经能够获得聚焦强度高达1022W/cm2、脉冲宽度小于1ps的相对论激光脉冲。这样的超短超强激光与等离子体相互作用中产生的离子束具有方向性好，能量高，持续时间短等特点，在成像、癌症治疗、快点火等方面有很大的应用前景，使其成为近年来的研究热点。本论文主要进行了相对论激光与等离子体靶相互作用过程中离子加速的研究工作，具体如下：
1采用二维particle in cell粒子模拟程序研究了强激光脉冲与薄膜靶相互作用中的高能质子产生。模拟采用了三种不同表面结构：前凹、前凸和平面靶。我们发现被加速的质子的最大能量由靶前表面结构决定，前凹靶情况下得到的质子能量最高。这是由于前凹靶前表面结构导致的激光吸收增加和激光诱导热电子汇聚共同作用的结果。
2采用数值解析和计算机模拟讨论了圆偏振激光脉冲与双层靶作用时的单能质子产生。双层靶的前表面为重离子层，后表面为小的轻离子粘着层。Particle-in-cell模拟表明双层靶情况下可以避免多维效应，得到高质量的单能离子束。模拟结果发现重离子的荷质比和离子层各自的厚度对离子能谱有很大影响。
3用二维particle-in-cell模拟程序研究了等离子体初始温度对线偏振强激光与物质相互作用过程中高能质子产生的影响。观察到不同的等离子体初始温度会影响靶前激波的产生时间，进而影响质子产额。数值模拟显示当等离子体初始温度适度增大时可以得到更高的质子产额。