等离子体粒子模拟中的一种碰撞模型

在等离子体粒子模拟程序中,采用一种三维β粒子云(这里β是粒子云的电量和质量相对于真实粒子相应量的比率)来补偿有限大小粒子削减的碰撞效应.用冲量近似(直线轨道近似)方法导出β粒子云的半径a和β值与散射截面之间的关系,并可确定为了使模拟系统的碰撞效应与真实系统的相当而应选取的a和β值,还可通过调整a和β值来人为地加强或减弱碰撞效应,粒子模拟结果与理论分析相一致.     

适用于中等耦合等离子体的碰撞算子

完全电离等离子体中，当试探粒子分布函数f_α是关于试探粒子速度v_α的偶函数时，导出了一个新的动力学方程的碰撞算子.该碰撞算子同时包括了大角散射(库仑近碰撞)和小角散射(库仑远碰撞)的二体碰撞的贡献,因此，该碰撞算子同时适用于弱耦合(库仑对数lnΛ≥10)和中等耦合(库仑对数2≤lnΛ≤10)等离子体.而且经过修改的碰撞算子和Rosenbluth势有直接的联系，当试探粒子和场粒子满足条件m_αm_β(如电子-离子碰撞或Lor 关键词： 中等耦合等离子体 小角散射 大角散射 碰撞算子     

等离子体粒子模拟中的一种碰撞模型

在等离子体粒子模拟程序中 ,采用一种三维 β粒子云 (这里 β是粒子云的电量和质量相对于真实粒子相应量的比率 )来补偿有限大小粒子削减的碰撞效应 .用冲量近似 (直线轨道近似 )方法导出 β粒子云的半径a和 β值与散射截面之间的关系 ,并可确定为了使模拟系统的碰撞效应与真实系统的相当而应选取的a和 β值 ,还可通过调整a和β值来人为地加强或减弱碰撞效应 ,粒子模拟结果与理论分析相一致     

Debye等离子体中高能H++H碰撞激发过程的研究

利用碰撞参数玻恩近似方法研究了Debye 等离子体环境中高能H⁺+H的碰撞激发过程, 研究了不同Debye 半径下氢原子1s → 2p 的激发耦合相互作用矩阵元、入射粒子能量为160 keV/u 的激发电子跃迁概率以及入射粒子能量范围为100–1000 keV/u 的碰撞激发截面. 结果表明: 随着屏蔽效应的增强, 激发截面减小. 根据激发截面的公式以及计算结果详细分析了引起激发截面减少的原因. 入射粒子与激发电子之间的屏蔽相互作用势和靶的电子结构(波函数和能级) 对激发截面都有很重要的影响. 关键词： 等离子体 碰撞参数玻恩近似方法 碰撞激发截面     

强流电子束碰撞电离背景气体研究

利用数值计算与粒子模拟两种方法,结合实际的实验数据,对高功率微波二极管中相对论电子束与背景气体相互作用碰撞产生的等离子体密度进行了研究.研究结果表明：碰撞产生的等离子体密度数值计算结果与粒子模拟结果基本一致,背景气压在0.01 Pa—0.05 Pa时,碰撞产生的等离子体密度在4—12×10⁹cm^-3,即便在考虑电子离子复合的情况下,数值计算结果与粒子模拟结果依然符合得很好.另外,粒子模拟结果表明：随着气压的增加,等离子体密度呈现先增大再减小然后又逐渐增大的过程, 关键词： 相对论电子束 等离子体 数值计算 粒子模拟     

激光诱导铜等离子体中激发态4d′~4F_(9/2)的瞬态特性

利用时间分辨光谱技术,研究了激光诱导Cu等离子体中激发态4d′4F9/2的形成及其辐射跃迁的瞬态特性。结果表明:电子离子复合、粒子间碰撞、自蚀吸收等过程在等离子体不同演化时刻,对激发态4d′4F9/2原子的制备起着不同作用。粒子间碰撞作用剧烈时,激发态4d′4F9/2原子以相同几率向低能态4p′4Do7/2及4p′4Fo9/2跃迁转移能量;等离子体辐射约500 ns后,粒子间相互作用变弱,激发态4d′4F9/2原子主要通过辐射谱线CuⅠ359.91 nm转移能量。     

强激光与高密度气体相互作用中电子和离子加速的数值模拟

在现有的一维粒子模拟程序的基础上发展了带光电离和碰撞电离及蒙特卡罗两体碰撞的模拟程序(1D PIC-MCC). 用此程序模拟研究了短脉冲激光与He气靶相互作用时电子和离子的加速过程. 研究表明当强激光与过临界密度的微米厚度的平面靶相互作用时，靶前表面物质将被激光脉冲前沿迅速离化；新生的电子被激光场有质动力加速成为高能电子，这些电子穿入到靶内，通过电子碰撞电离离化靶内物质；一部分高能电子穿透靶后，会在靶的后表面形成强的电荷分离场，该场迅速离化靶后表面物质，同时使得后表面离子得到加速. 部分穿透靶的超热电子将被电荷分离场重新拉回靶内，在靶的前后表面振荡. 一些振荡电子在此过程中得到电荷分离场加速，离开前表面，在前表面也形成电荷分离场，使前表面离子得到加速. 关键词： 激光等离子体 光电离和碰撞电离 电子加速 离子加速     

不同初始温度下H2/O2混合物等离子体的演化

本文对不同初始温度下,H₂/O₂混合物等离子体中主要粒子随时间发展的演化规律进行了数值模拟,得到了放电后等离子体中主要带电粒子和中性粒子密度随时间的变化规律.计算结果表明,H₂/O₂混合物等离子体中主要活性粒子密度随时间的增加减小,化学反应达到平衡所需的时间随初始温度升高逐渐减少. 关键词： 等离子体 化学过程 数值模拟 演化     

量子电动力学—粒子模拟极端等离子体动力学研究

新一代拍瓦激光装置有望将激光强度提升至10²³~10²⁴ W·cm^-2,在此极端强场条件下非线性量子电动力学效应对等离子体动力学过程产生重要影响.相对论电子在强电磁场作用下会同步辐射大量伽马光子,当后者穿过超强电磁场时会级联产生正负电子对.与此同时,这些量子电动力学效应也会反作用于激光等离子体相互作用过程,如辐射阻尼严重影响电子运动过程.为了研究这样极端的等离子体动力学,我们介绍最近几年发展的量子电动力学数值模拟模块,并将其耦合到传统的粒子模拟程序中,即量子电动力学-粒子模拟程序.由于大量新辐射的光子和产生的正负电子对会造成模拟粒子数目的不断增加,我们发展了粒子融合技术来减小模拟规模.利用此量子电动力学-粒子模拟程序,我们对极端强场激光物质相互作用以及极端天体物理现象开展了数值模拟研究.     

纳秒激光诱导铜等离子体中原子激发态5s′~4D_(7/2)的瞬态特性研究

利用时间分辨光谱技术,研究了激光诱导Cu等离子体中激发态5s′4D7/2的形成及其辐射跃迁的瞬态特性.结果表明:在激发态5s′4D7/2原子的制备过程中,电子离子复合、粒子间碰撞机理在不同时刻分别起主导作用.激光峰值到达金属表面后500ns期间,粒子间的剧烈碰撞作用使得激发态5s′4D7/2主要通过向低能态4p′4F9o/2跃迁来转移能量.500ns以后,激发态5s′4D7/2通过以相同的概率辐射CuI465.11nm和CuI529.25nm特征谱线向低能态4p′4F9o/2和4p′4D7o/2转移能量.     

点火黑腔二维模拟设计

基于二维激光靶耦合流体力学程序,研究设计惯性约束聚变间接驱动点火黑腔的方法.提出先调控X射线驱动温度再调控辐照均匀性的设计顺序.给出总激光功率(特别是主脉冲激光功率)的设计方法.模拟表明,填充气体密度的上限受到槽脉冲P²辐照不均匀性的限制.另外,增加腔长可以抑制靶丸烧蚀层物质的膨胀.最后给出点火黑腔二维设计结果.     

2ω1ω激光驱动的类氖锗19.6 nm X光激光

 类氖离子的X光激光理论研究可以为类镍X光激光提供有益启示。设计了一系列瞬态电子碰撞激发类氖锗19.6 nm X光激光的实验,采用2ω1ω泵浦方式,即预脉冲采用倍频钕玻璃激光,主脉冲采用基频,用新开发的瞬态电子碰撞激发类氖锗的系列程序进行了模拟,并与1ω1ω驱动的情况进行了比较。模拟表明, 2ω1ω泵浦方案使类氖锗19.6 nm Ｘ光激光的小信号增益系数增大为1ω1ω方案的1.6倍,增益区也转移到了更高的电子密度区,是获得更短波长X光激光的一种有效方法。     

Effect of λ/2 SiO_2 overcoat on the laser damage of HfO_2/SiO_2 high-reflector coatings

The effect of λ/2 SiO2 overcoat on the laser damage characteristics of HfO2/SiO2 high-reflector (HR) coatings is investigated with 1-on-l and N-on-1 laser damage test methods. The laser damage surface of 1-on-l is analyzed by a step analyzer. The surface morphologies show that laser damage makes the coating damaged area protrudent and rough for HR coating without λ/2 silica overcoat, but concave and smooth for HR coating with A/2 silica overcoat. The result of 10-on-l multi-pulse irradiation on the same point of the coating shows that there is an energy density stage on the damage curve. If the laser energy density is within the range of the stage, HfO2/SiO2 HR coatings with λ/2 silica overcoat will not be damaged more than 2 times for multi-shots, and the surface damages are very slight so that there is no impact on the coating performance. Another interesting result is that the energy density stage extends from the damage threshold to the point of about 3 times of threshold, which is similar to the     

激光线聚焦驱动平面银靶的二维数值模拟

介绍新研制的二维非平衡辐射流体力学程序XRL2D的物理方程以及计算方法,并对神光Ⅱ上典型的类镍银X光激光实验条件,用3种ALE计算方法模拟了预主脉冲线聚焦驱动银平面靶的流体运动.几种方法模拟给出的物理图像清晰且相似,类镍离子丰度分布呈弯月形,同实验上XRL场图呈弯月形分布一致.对3种计算方法给出的结果进行了细致的比较分析.     

靶的厚度对激光产生的x射线输运到靶后能谱的影响

利用一维辐射流体动力学程序MULTI数值模拟研究了功率为10¹⁴W/cm²、脉冲宽度为1ns、波长为0.35μm的短脉冲强激光辐照不同厚度的平面Au靶时，靶厚度对靶背面x射线能谱结构和辐射强度的影响. 关键词： 激光等离子体 辐射流体力学 x射线转换     

毛细管放电类氖氩69.8nm激光增益特性研究

建立了计算69.8nm激光增益系数的理论模型,根据实验参数,计算了在主脉冲电流为12 kA时,69.8nm激光增益系数最大值为0.32 cm~(-1).理论模拟了不同初始气压下增益系数在毛细管径向上的分布情况.对理论结果的分析表明,最佳的初始气压在12—14 Pa范围内,此时69.8nm激光增益系数的极值最大.实验上,利用毛细管放电装置和罗兰光谱仪,测量了不同气压下的69.8nm激光强度,实验确定的最佳气压为16 Pa,与理论结果相近.此外,实验测量的增益系数(0.4 cm~(-1))略高于理论计算的增益系数(0.32 cm~(-1)).     

激光等离子体二维相对论电磁粒子模拟

研制了激光等离子体二维相对论电磁粒子模拟程序(2DCIC)。追踪几万甚至百万个模拟粒子在外加激光场和自洽场中运动,自洽地计算电荷和电流密度,求解完全的Maxwel方程,电子的相对论运动方程和离子的牛顿运动方程,辅以灵活的诊断研究波-波,波-粒子相互作用的发生、发展和饱和的细节以及时间演化规律。激光可以正入射,也可以斜入射;等离子体可以是均匀密度,也可以具有密度梯度;为了节约机时,还发展了并行运算。物理模型参数可调,既适用于研究激光聚变等离子体相互作用,也适用于超短脉冲超强激光等离子体相互作用和其它等离子体问题。经过多次试算检验,对等离子体平衡态进行了计算研究,对于超短脉冲超强激光的传播也进行了初步模拟计算。     

数值模拟辐射驱动2维内爆压缩过程

采用2维三温非平衡辐射流体力学程序LARED-H数值模拟辐射驱动内爆过程。针对2维三温能量方程九点差分格式离散后的线性方程组,采用了高效的Krysolv子空间迭代解法,改进了代数解法器。将1维间接驱动内爆总体程序CFJ与LARED-H程序的计算结果进行比对,验证了LARED-H程序数值模拟1维内爆问题的正确性。并数值模拟了不同腔长辐射温度源驱动下的2维靶球运动,数值结果显示:随着腔长的增加,高压缩内爆燃料区分别被压缩成香肠形、球形和铁饼形,数值模拟结果与神光Ⅱ的实验结果定性上相同。     

Operation of an unstable resonator TE CO2 laser with large electrode spacing using additives

A study of a pulsed transversely excited (TE) CO₂ laser using an unstable resonator configuration is reported. It is shown that a large aperture (4.75 cm) wire-triggered device can successfully operate at pressures of up to 650 torr with undoped gas mixtures whose molecular gas concentration exceeds 35%. These results are utilised for a comparative study of the influence of an organic additive on the performance of the system. It is observed that the addition of traces of tri-n-propylamine leads to significant improvements of the laser output characteristics even under conditions where a glow discharge could be obtained without the additive. With the doped TE CO₂ laser employed using a relatively low magnification unstable resonator (M = 1.45) near diffraction-limited performance has been achieved and a peak radiance of 4.5 × 10¹³ W cm⁻² sr⁻¹ has been obtained with a peak power of 65 MW.     

Simple design of an edge-emitting diode laser for preventing spatial multimoding via thermal lensing

The parameters of a diode-laser structure composed of a pair of built-in high-index regions for providing stable, single-spatial-mode operation to high cw powers are numerically found. A three-dimensional numerical code has been implemented that takes into account carrier diffusion in the quantum well and thermal lensing. The laser characteristics are calculated as functions of the above-threshold drive level. Within the simulation, higher-order optical modes on a "frozen background" are computed via the Arnoldi algorithm. Then, for a 6-μm-wide low-index core and 2-3-mm-long devices, stable single-mode operation up to multiwatt-level (2-3 W) cw output power is predicted.