激光尾流场的2.5维粒子模拟

 用2D3V PIC粒子模拟方法分析了超短脉冲超强激光在稀薄等离子体中激发尾流场的产生过程及电子在尾流场中的加速过程。“前向Raman散射”使得激光脉冲沿传播方向拉长，脉冲的尾部变陡，它导致静电场的相速度和饱和时超热电子的最大动能明显减小，也使得激发尾流场的最佳脉冲宽度变小。     

等离子体在任意强度的直流电场中产生电流的过程

通过Fokker-Planck模拟,研究了等离子体在任意强度的直流电场中产生电流的过程以及电子分布函数的演变过程.研究发现,不同强度的电场中等离子体的行为存在着明显的差别.在弱电场中,电流与电场满足Spitzer公式,且电流产生的响应时间约等于撤销电场后电流衰减的弛豫时间;在中等强度的电场中,电子分布函数呈现为静止Maxwell分布和漂移Maxwell分布之和,而且在中等强度或者强直流电场中弛豫时间也将远远大于响应时间.根据电子分布函数的演变规律,推导了一组类似于流体力学方程的公式,这组方程像Spitzer公式一样简便地描述了等离子体中电流与电场的关系,并且对电场强度没有限制.数值模拟显示这组方程比Spitzer公式更适用于等离子体的混合粒子模拟中. 关键词： 等离子体电流 电子分布函数 Fokker-Planck模拟 Spitzer公式     

强电场对夸克胶子等离子体中粲夸克偶素演化的影响(英文)

在极端相对论重离子碰撞中,高速运动的重离子会产生很强的电场。在碰撞的早期电场强度大小在eE~m_π2的量级。在夸克胶子等离子体中,强电场将会对粲夸克偶素的演化产生巨大的影响。我们用含时薛定谔方程计算夸克胶子等离子体中由高速运动电荷所产生强电场对重夸克偶素演化的影响。此电场可以导致不同角动量态之间的跃迁。为了研究此效应,比较了有电场和无电场情况下J/ψ、ψ'以及χ_c的产额。计算结果表明,在碰撞早期电场会导致J/ψ解离;同时,χ_c也由电场导致的J/ψ的跃迁而产生。     

HD2+通过超薄碳膜的"尾流"效应

快分子离子穿过固体时会产生库仑爆炸(Coulomb Explosion),尾流效应是库仑爆炸中的一个显著特性.HD2 的爆炸能谱在实测中发现了一些引人注目的特性:1)H 的尾流效应特别显著;2)H 的能谱结构非常类似HeH 中H 的能谱;3)尾流效应在D 的能谱中体现得很弱.这些特性对分析了解HD2 的结构和物理化学性质有很大的帮助.本文依照“尾流”效应(Wake Effect)的等离子体模型,将爆炸中两个D 产物的尾流场近似认为一个He 的尾流场,模拟计算了1.4977 MeV HD2在100 nm碳膜中分解后0°方向的能谱形式.给出了相同条件下的实验结果,得到了非常接近的结果,并将两者作了比较和分析.文中同时给出了D 的实验能谱,对D 的尾流效应相对较弱作了分析,指出对不同产物分辨的差异、产物的非直线运动等是造成D 尾流效应弱的原因.     

激光等离子体细丝的场分布和共振吸收

本文对激光等离子体细丝的场分布和共振吸收进行了理论研究.在冷等离子体的条件下,首先求得场方程以及电场的径向分量和轴向分量的解析表示式;然后,通过数值计算发现:在等离子体细丝的径向场存在一个隧道效应,即在径向共振点r_o附近,场出现极大值.     

等离子体屏蔽效应对离子取出时间影响的实验研究

离子取出时间是原子法激光同位素分离（ＡＶＬＩＳ）过程中决定离子取出效率的关键参数之一，它主要受着等离子体屏蔽效应的影响。文中报告了这方面的实验研究结果。在阐述了等离子体屏蔽效应及存在条件的基础上，通过进行静电场（平行平板电场）收集铯（Ｃｓ）等离子体中铯离子的实验，发现在１０~９－１０~（１１）ｍ~（－３）等离子体密度范围内，离子取出时间与等离子体密度、收集场电压均是几何关系，即。     

质子束尾波场中利用密度跃变实现电子捕获及加速的粒子模拟

 用2D3V粒子模拟程序研究了高能质子束驱动的尾波场加速电子的方案,及其在此方案中应用背景等离子体密度的跃变致使等离子体电子自注入加速相区的可能性。粒子模拟结果显示:密度跃变实现了电子的自注入,并且捕获的电子束处于加速相位,等离子体尾波场纵向电场对捕获的电子束起箍缩作用;捕获的电子束随着传输,表现为窄能谱分布;同时随着密度跃变大小的增大,可以增加等离子体电子的捕获。     

随机磁场中的双极电场与双极扩散

等离子体中存在随机场输运时,必然会导致双极电场。本文给出了存在电场时,粒子在随机场中的转移几率,由此可计算输运流、双极电场等。算出的双极电场与碰撞的关系是不灵敏的((|e|E)/T_e=-A1/n_e(dn_e)/(dx),A与碰撞有关,但A～1)。并指出,此双极电场可作为判断随机场是否重要的必要条件(但非充分条件)。在随机场双极扩散中,杂质流速大于氢离子流速(V_I/V_i≈(m_i/     

金属目标表面气体放电单元放电过程的PIC-MCC模拟

 对目标表面的浮地导体边界的存在及其对单元气体放电过程所产生的影响进行了研究,针对导体边界条件,应用高斯定理和电荷守恒定律推导出这种边界条件的数值处理方法,得到了有界等离子体空间电势的数值分布。电场的数值计算表明,浮地导体的电势随着内部场的变化而变化,其大小介于两个电极的电势之间,对放电区域的电场分布产生较大的影响。 对金属目标表面放电单元的放电过程的PIC-MCC模拟结果表明, 浮地导体的存在能够改变放电空间的电场结构,形成不均匀场,有利于气体的电离和等离子体区域的形成,同时将使虚阳极所形成的电势平台在边界附近下陷,导致等离子体壳层的厚度变小。     

强激光与等离子体相互作用产生的超强太赫兹辐射

超短强激光脉冲在等离子体中传播时会激发大振幅的等离子体尾波场，它是一种电子等离子体波．由于这是一种静电波，它一般不能转换成电磁辐射．我们发现在不均匀等离子体中激发的尾波场在一定条件下可以通过线性模式转换产生电磁辐射．由于用超短强激光脉冲尾波场可以达到的电场振幅达100GV／m，其振动频率在太赫兹（10^12Hz）附近，用这种方法可以产生电场强度达到GV／m的太赫兹辐射．     

110 GHz微波电离大气产生等离子体过程的理论研究

将描述电磁波的Maxwell方程组和简化的等离子体流体方程组耦合数值求解,对110 GHz微波电离大气产生等离子体的过程进行了理论研究. 研究发现:在高气压下等离子体成丝状;中等气压下等离子体先成丝状,在向微波源移动的过程中逐渐向连续的等离子体区域过渡;低气压下电离产生连续的等离子体区域. 不同气压下等离子体区域都向微波源方向移动. 初始电子数密度分布只影响放电初始阶段的等离子体区域形状,不会影响成丝与否. 等离子体区域在垂直于电场方向和平行于电场方向的移动规律不同. 当电场平行于计算平面时,由于沿着电场方向等离子体两端存在强场区,等离子体区域被拉长,在较低的气压下会出现等离子体丝阵. 关键词： 110 GHz微波 大气电离 等离子体丝阵     

混沌动力学方法在等离子体尾迹流场研究中的应用

用混沌动力学方法对多道扫描静电探针的离子饱和电流信号进行分析,研究了等离子体尾迹流场.通过对相关维、Renyi熵和最大Lyapunov指数的分析,得到了近尾流场的分层结构.利用最大Lyapunov指数,观测到了在x>10D以后的远尾流场与自由流场相似.结合探针信号的自相关函数,研究流场湍流结构,发现近尾可能存在大涡拟序结构,而在远尾则没有湍流.观察到了流场具有一定的间歇特征,认为这种间歇性与湍流有关.结果还表明,混沌动力学的分析方法对信号中非周期成分十分敏感,在研究等离子体尾迹流场这一类非线性系统时,它具有明显的优越性 关键词： 混沌动力学 尾迹 等离子体湍流 静电探针     

不可压缩等离子体的2维磁场重联模型

提出了一种2维磁场重联模型。磁场重联过程中的电荷分离在等离子体中产生静电场,等离子体在电场中的漂移运动可以解释阿尔芬速度量级的出流。该磁场重联模型给出如下结论:Sweet-Parker模型描述的重联率强烈地依赖于电子质量与离子质量之比;反常电阻率正比于离子惯性长度和电流片宽度比值的平方; 相对论效应和高温等离子体中电子-正电子对的产生可以提高重联率; 电磁波的激发对于磁能的损耗是必要的。     

常气压辉光放电等离子体对边界层流动的影响

基于Shyy提出的常气压下均匀辉光放电等离子体与空气干扰的物理模型,通过求解电位势方程得到电场分布及作用于流体上的电场力.以NACA0015翼型低速绕流为对象,通过数值求解考虑等离子体作用的流体运动控制方程,研究等离子体位置和个数控制对翼型绕流分离的影响.位于分离点上游的等离子体能够有效地抑制流动分离,而在分离区的等离子体对流动影响很弱,这一结论同实验观察一致,并给出等离子体对翼型壁面压力和气动力影响的规律.     

一种新型双间隙输出腔的理论和实验研究

 从双间隙分离腔的色散关系式出发,通过数值计算求出了分离腔中IM₀₁₀模对应的谐振频率,并给出了腔内轴向电场的分布图,证实了分离腔中存在着电场反相的π模场。因此,可以将其用作电场反相的双间隙输出腔,来实现双间障提取。并用2.5维粒子模拟程序——卡拉特（KARAT）程序对这种分离腔输出回路进行了粒子模拟和优化设计。通过详细的冷测和调试实验,研制出了中心频率为3.74GHz、Q_L值为7.8的低Q_L值双间隙输出腔。     

强流电子束源阴极等离子体的粒子模拟

 模拟了强流电子束源阴极表面附近区域数密度约1014 cm-3的等离子体的膨胀过程,观察到等离子体膨胀速度约为1 cm/μs。通过观察不同时刻阴极附近电子和离子的相空间分布、数密度分布和轴向电场分布,分析了等离子体膨胀过程。结果表明:等离子体的产生使得阴极表面电场增强,进而增大阴极的电流发射密度,电流密度增加使得空间电荷效应增强,并使等离子体前沿处的电场减小,当等离子体前沿处的电场减小到零时等离子体向阳极膨胀。讨论了等离子体温度、离子质量、束流密度和离子产生率对等离子体膨胀速度的影响。结果表明:等离子体的膨胀速度随着等离子体温度升高而增大,随离子质量增大而减小,但膨胀速度不等于离子声速;等离子体产生率越小,等离子体膨胀速度越小。     

HT－7托卡马克中等离子体平衡研究

本文解决了二维轴对称近似下带铁芯的托卡马克中等离子体平衡问题，计算了ＨＴ－７托卡马克中的等离子体平衡位形以及极向场系统的非线性电感和垂直场系数。最后应用Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ方程组和平衡垂直场公式得到了一组等离子体、加热场和垂直场线圈的电流波形的自洽曲线。     

HT—7托卡马克中等离子体平衡研究

本文解决了二维轴对称近似下带铁芯的托卡马克中等离子体平衡问题，计算了ＨＴ－７托卡马克中的等离子体平衡位形以及极向场系统的非线性电感和垂直场系数。最后应用Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ方程组和平衡垂直场公式得到了一组等离子体，加热场和垂地直场线圈的电流波形的自洽曲线。     

线极化强激光与轻元素气体相互作用产生的电子剩余能

 对线极化超短脉冲强场电离进行了回顾和分析。对不同参数的超短脉冲、线极化强激光与轻元素气体靶相互作用产生的等离子体中电子剩余能进行了解析和粒子模拟(CIC)数值计算。考虑到强场线极化光产生的等离子体的高电离度和低电子温度的特点,采用了有别于通常计算逆轫致吸收的方法,用零温度近似计算逆轫致效应。CIC模拟计算强场与物质相互作用物理过程中还考虑了纵向电场效应。给出了强场线极化光与氦和氖元素气态靶相互作用的理论计算结果和相应的结论。     

环形系统双成份等离子体中快波离子回旋共振加热

本文考虑环形系统双成份等离子体中快波电场与少数成份离子共振时,快波经回旋阻尼以加热等离子体。假定粒子间接近无碰撞,沿特征线积分Vlasov方程的方法求一级分布函数及各类粒子贡献的电流。因为少数成份粒子密度与多数成份粒子密度之比为小量,不难求解等离子体内精确到一级的电场。从而求得快波回旋阻尼功率。对于一个具体的激发系统,由边条件求解场系数,得到了通过快波回旋阻尼加热等离子体的功率。