晴日暖风生麦气，绿阴幽草胜花时。在激光等离子体实验室209会议室里，北京大学物理学院核技术及应用专业2016级博士研究生王鹏杰顺利完成了博士学位论文答辩。由导师马文君研究员，新奥能源研究院聚变技术首席科学家彭元凯教授，中国科学院物理研究所李玉同研究员，北京大学物理学院颜学庆教授、乔宾教授、林晨研究员、朱昆教授级高级工程师所组成的博士学位论文答辩委员会对王鹏杰同学的博士学位论文进行了现场评审。

王鹏杰答辩展示

博士学位论文答辩主要由三个环节组成，分别是学术成果展示、专家学者提问及答辩委员会投票表决。
在30分钟的成果展示环节中，王鹏杰对其博士学位论文《超短超强激光与纳米靶相互作用的重离子加速研究》进行了详细的介绍与展示，该论文针对超短超强激光驱动的重离子加速开展了实验和模拟研究。
  激光离子加速器的加速场强比传统加速器高三个量级以上，具有源尺寸小、脉宽短、束流密度高等优势，在核物理、实验室天体物理、惯性约束核聚变和温稠密物质的产生等方面具有重要的应用前景。目前，实验上已获得最高能量接近100 MeV的质子束和约80 MeV/u的碳离子束；相比之下，超重离子（质量数～200）的最高能量只停留在MeV/u量级，这是由于一方面，靶表面沾污层或靶内的质子和低Z离子会对重离子加速产生屏蔽效应；另一方面，超重离子极难被电离至高价态，难以被有效加速。作为激光离子加速最后的难题，超重离子加速理论与实验研究亟待突破。
  在导师马文君研究员的指导下和颜学庆教授的大力支持下，王鹏杰在博士期间的研究课题为强激光驱动的离子加速。在答辩展示中，他将研究背景用“强激光与靶相互作用的离子加速研究（探测）”这一主线贯穿，从四个方面（强激光诊断、先进靶材、离子加速研究进展和离子探测）介绍了激光重离子加速的发展现状（难点、痛点问题）并引出自己的研究课题。接着他介绍到通过研发出一套新型的CVD系统，解决了碳纳米管泡沫不能在超薄高分子膜、超薄金属膜等低熔点材料表面沉积的难题，提升了碳纳米管泡沫的均匀性和密度可控性，成功制备出大面积、高质量的多种类复合纳米靶材，拓展了激光离子加速靶材的参数空间。基于此，利用紧聚焦的离轴抛物面镜将超短（22 fs）脉冲激光聚焦至焦斑尺寸1.6 μm左右，产生>1022 W/cm2的峰值光强作用于靶前表面，每次打靶前用另一激光加热靶后表面降低质子、碳和氧对重离子加速的抑制作用，成功获得最高电荷态61+、最高能量1.2 GeV的金离子束，将原飞秒激光金离子加速能量纪录提高了6倍。另外他提出并采用了基于TPS的自校准探测方法，不仅可以获得准确的绝对能谱，还可以测量金离子的电荷态分布。借助于PIC模拟，研究表明焦斑内不同位置的金离子经历的电离动力学过程（起始电离时间、电离速率、最高电荷态等）有较大差异，最终导致了其在加速过程（相位匹配和加速效率）中的能量差异。这些针对（超）重离子的电离动力学过程的深入研究对于后续进一步提高离子束能量、提升束流品质有重要的意义。

金离子的电荷态分布与能谱测量结果

强激光与等离子体相互作用中的瞬态强场（激光场、鞘层加速场等）测量一直是巨大的难题与挑战。王鹏杰的研究工作表明：利用实验中测量到的金离子电荷态分布，通过单、双层靶实验结果的对比，可以诊断靶后鞘层场的峰值强度；结合不同光强下的PIC模拟结果，可以诊断激光的峰值光强。这种基于电离动力学过程的极强场探测方法可在时间、空间两个维度获得瞬态电场的丰富信息。
  在学术成果展示环节结束后，各位评审专家对该研究展现出强烈兴趣，并针对研究细节展开了一系列的提问和深入交流。专家们对论文选题、学术贡献、理论和应用价值等方面给予了认可和肯定，并提出了建议和问题。如乔宾老师建议在粒子模拟程序计算超重离子电离时，可以考虑除ADK模型之外的理论模型；林晨老师提出在将来是否有进一步提高超重离子束流电量的方法。

王鹏杰答辩视频

接下来答辩委员会进行了无记名投票表决，最后由答辩委员会主席彭元凯教授宣布王鹏杰全票通过答辩。

与答辩委员会合照

#个人简介#

王鹏杰，物理学院核技术及应用专业2016级博士生，导师为马文君研究员。博士期间利用超强激光与临界密度碳纳米管靶相互作用，获得了最高能量为1.2 GeV金离子束，打破激光驱动金离子加速新纪录。在激光驱动离子加速领域做出了突出贡献，特别是在超强激光驱动的超重离子电离动力学、加速和探测以及先进靶材制备等方面的工作。读博期间参与国家重点研发专项“激光质子束加速及诊断系统的研制”；作为主要组织者带队进行了多次国际合作实验，以第一作者身份在国际著名期刊Phys. Rev. X和High Power Laser Sci. Eng.等期刊发表学术论文，受到了国际国内同行的广泛关注；积极参加国际国内学术会议，包括三次国际会议（一篇会议论文和三次海报展示，担任会议论文审稿人和分会场主席助理），三次国内会议（口头报告）等。个人曾获2021届北京大学优秀毕业生、北京大学优秀科研奖、学习优秀奖和北京大学博士生专项奖学金等多项奖励。

#个人感言#

燕园情，千千结，问少年心事，眼底未名水，胸中黄河月。感谢北大给我们提供了爱国进步民主科学的氛围，这里大师云集，就拿一年级的必修课《中国马克思主义与当代》来说，每节课都会请不同学院的知名教授结合自己的专业为我们讲述马克思主义的发展与应用。同样感谢物理学院的培养。北大物院有着先进的科研设备和学识渊博的老师，让每个奋发向上年轻人的梦想能够变成现实。正如院长高原宁所说“这里是唯实、求真的北大物理；这里是向善、臻美的北大物理；这里是有理想、有抱负的北大物理；这里是大视野、大情怀的北大物理”。
  感谢我的导师马文君研究员。每当实验和数据分析遇到困难时，和您的讨论总能让我茅塞顿开，找到解决问题的方法。您在文章写作方面的耐心指导和精益求精的态度也让我受益匪浅，让我深刻理解了一个完整的科研工作从实验设计、实验开展、数据处理、分析、总结和文章撰写的全过程。您一方面教导我要有清晰的物理图像，抓住问题的关键和细节；一方面告诉我要与不同的人交流，享受与人交流和讨论带来的乐趣。同样感谢CLAPA团队的负责人颜学庆教授。是您带我进入激光离子加速这一新兴、活跃的研究领域，并提供了优秀的实验平台。