Compton散射下激光等离子体纵波色散特性

应用电子与多光子集团非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下激光等离子体纵波色散特性.结果表明:长波支纵色散曲线由解析上的长波、数值计算结果和短波组成,长波支和短波支纵色散均随相对论正负电子对特征温度的增大而增大,随Compton散射引起的频率的增量的增大而降低,且单温激光等离子体的色散曲线与散射前的双温等离子体的色散曲线相似.     

Compton散射对等离子体零色散附近调制不稳定性的影响

应用Compton散射模型和非线性Schrdinger方程,研究了Compton散射对等离子体零色散附近调制不稳定性的影响,提出了将Compton散射作为形成调制不稳定性的新机制,给出了等离子体修正色散方程,并进行了数值计算.结果表明:二阶色散较大时,远离零色散附近调制不稳定性增益谱由入射和散射光产生的二阶色散决定,随二阶色散增大,四阶色散作用迅速减小,这是因散射效应有效削弱了四阶效应的缘故.零色散附近调制不稳定性增益谱由入射和散射光产生的四阶色散决定,二阶色散被湮灭,微扰频率最大值向临界微扰频率较快靠近,这是因散射效应有效增强了四阶效应的缘故.增益谱宽随等离子体损耗增大而迅速增大,这是因功率增大使散射效应增强,导致带电粒子辐射阻尼增强的缘故.     

极端相对论快电子分布等离子体中横振荡色散关系

本文对各向同性极端相对论快电子呈幂律分布等离子体中横振荡色散关系进行了解析和数值研究.得到长波支和短波支色散关系的解析表达式.由于解析近似对波数的限制,无法得到全波数空间色散曲线,因此对色散方程进行了数值求解.研究表明,在满足长波支和短波支条件时,解析色散曲线与数值色散曲线完全符合.此外,利用多项式回归的方法对数值结果进行拟合,得到不同参数下快电子分布等离子体横振荡色散关系近似表达式,该结果为进一步研究快电子分布等离子体的性质提供了重要的理论依据. 关键词： 相对论性等离子体 快电子分布 色散关系 数值计算     

Compton散射下离子初始速度对等离子体鞘层厚度的影响

应用相对论理论、Compton散射等离子体离子源和龙格-库塔方法,研究了Compton散射对等离子体鞘层厚度的影响,提出了Compton散射等离子体离子源概念,并将入射光和Compton散射光作为形成等离子体离子初始速度的新机制,给出了Compton散射下鞘层空间内电位梯度随等离子体离子初始速度变化的修正方程,并进行了数值模拟.结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体鞘层厚度随加速电压增大而明显的非线性增大,这主要是由于Compton散射使离子与电子碰撞频率增大,电子温度升高,使离子初始速度和能量增大的缘故.     

极端相对论性正负电子对等离子体中横振荡的色散关系

 由伏拉索夫方程和费米分布函数的相对论性修正形式推导出相对论性正负电子对等离子体中横波的色散方程,对等离子体中的横波进行解析研究,得到长波支和短波支的色散关系。从解析的色散曲线发现了与Mikhailovskii在极端相对论性情况下对于电子-离子等离子体中色散关系研究相类似的结果:在极端相对论性等离子体中横波的解析色散曲线具有不连续性。基于解析色散曲线的不连续性,进而采用数值计算的方法求解了完整的等离子体色散方程,得到其数值解,数值色散曲线可将解析上的长波和短波衔接起来,使其成为一条完整的色散曲线。     

超强激光照射三维时变等离子体散射新机制

应用多光子非线性Compton散射模型和电流密度拉普拉斯变换改进的时域有限差分法,研究了超强激光照射三维时变等离子体的散射特性,提出了Compton散射光是影响等离子体散射的新机制,给出了该等离子体散射截面和频率随时间变化的修正方程,并进行了数值仿真。结果表明：与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体散射截面增大,且随频率增大迅速衰减。这是因散射使等离子体中电子从耦合激光场中获得更多能量,从而导致电子被耦合场俘获的缘故;使瞬变等离子体最大频率随时间呈准直线缓慢下降趋势。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼效应增强,从而导致电子能量衰减、频率下降的缘故;使缓变等离子体频率随时间缓慢增大。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼增大效应减弱了频率增大的缘故。     

超强激光照射三维时变等离子体散射新机制

应用多光子非线性Compton散射模型和电流密度拉普拉斯变换改进的时域有限差分法,研究了超强激光照射三维时变等离子体的散射特性,提出了Compton散射光是影响等离子体散射的新机制,给出了该等离子体散射截面和频率随时间变化的修正方程,并进行了数值仿真。结果表明：与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体散射截面增大,且随频率增大迅速衰减。这是因散射使等离子体中电子从耦合激光场中获得更多能量,从而导致电子被耦合场俘获的缘故;使瞬变等离子体最大频率随时间呈准直线缓慢下降趋势。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼效应增强,从而导致电子能量衰减、频率下降的缘故;使缓变等离子体频率随时间缓慢增大。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼增大效应减弱了频率增大的缘故。     

Compton散射下离子初始速度对等离子体鞘层厚度的影响

应用相对论理论、Compton散射等离子体离子源和龙格-库塔方法,研究了Compton散射对等离子体鞘层厚度的影响,提出了Compton散射等离子体离子源概念,并将入射光和Compton散射光作为形成等离子体离子初始速度的新机制,给出了Compton散射下鞘层空间内电位梯度随等离子体离子初始速度变化的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体鞘层厚度随加速电压增大而明显的非线性增大,这主要是由于Compton散射使离子与电子碰撞频率增大,电子温度升高,使离子初始速度和能量增大的缘故。     

Compton散射下超强激光等离子体通道的演化

应用多光子非线性Compton散射模型、空间动态补偿模型、非线性薛定谔方程和数值模拟方法,研究了Compton散射对超强飞秒激光等离子体中通道的影响,提出了将Compton散射光作为形成等离子体通道的新机制,给出了超强飞秒激光脉冲在等离子体中传播和电子密度随时间变化的非线性修正方程,并进行了数值模拟.研究发现:散射使等离子体中电子密度峰值增大1个量级,半径增大1 mm.激光最大功率密度被限制在10~(18)W/m~2以下,随传输距离增大缓慢衰减.传输初始阶段,单脉冲衰减能量较散射前增大2%,之后衰减较平缓.通过增加超强飞秒激光脉冲输入功率,能有效地增加电子密度峰值,有利于等离子体通道的形成.并对所的结论给出了初步物理解释.     

相对论q分布正负电子对等离子体横振荡

研究了无磁化、无碰撞、各向同性相对论q分布正负电子对等离子体横振荡色散关系,通过理论推导得到与非广延参数q有关的色散方程。从该色散方程出发,得到极端相对论情况下长波支和短波支下等离子体横振荡色散关系解析解,为了得到完整的色散曲线,对色散方程进行数值计算,在极端相对论情况下数值结果与解析结果在长波支和短波支下完全吻合。研究发现相对论q分布下色散关系与非广延参数q和温度有关,当q1时,则渐进结果与经典统计下的一致。