等离子体天体物理中的强湍动

本文对等离子体天体物理中的强湍动进行了评述,并强调了等离子体的基本相互作用。 分析了控制强湍动现象的查哈罗夫方程。讨论了一些天体物理中的重要问题,例如加速、爆发、双层、飞行体与等离子体相互作用,自引力系统非线性结构以及自生磁场等。     

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基于多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下等离子体中强朗缪尔湍动对调制不稳定性的影响。将入射光和Compton散射光作为形成强朗缪尔湍动和调制不稳定性的新机制,给出了强朗缪尔湍动、色散和调制不稳定性时间增长率所满足的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体内产生了更为剧烈的坍塌,坍塌后期形成的强朗缪尔湍动,使等离子体界面附近的调制不稳定性的时间增长率显著增大,调制不稳定性发展得更快,光场峰值增加得更强,并使整体激光场出现明显的成丝现象。     

多光子非线性Compton散射对激光等离子体中强朗缪尔湍动谱的影响

 基于电子与多光子集团非线性Compton散射模型,研究了多光子非线性Compton散射对激光等离子体中强缪尔湍动谱的影响,提出了将入射光和散射光作为形成强缪尔湍动的新机制,给出了横等离激元、强朗缪尔激元和离声激元之间相互作用满足的修正方程,并进行了数值模拟.结果表明:Compton散射使横等离激元和朗缪尔激元间的碰撞频率大大增加,随着时间的演化,横等离激元和朗缪尔激元的能量由小波数区向大波数区的转移比散射前要快得多,同时产生剧烈的坍塌.坍塌后期,等离激元的强非线性作用激发出高次共振谐波,使能量从一个谐波转移到另一个谐波,形成无限高次谐波,引起波的破碎,出现由调制不稳定性控制的强朗缪尔湍动、较强的激光成丝和能量均分现象.研究结果为进一步研究强朗缪尔湍动的加速机制、反常碰撞、激光加热实验及快点火实验提供了理论支持.     

多光子非线性Compton散射对激光等离子体中强朗缪尔湍动谱的影响

基于电子与多光子集团非线性Compton散射模型,研究了多光子非线性Compton散射对激光等离子体中强缪尔湍动谱的影响,提出了将入射光和散射光作为形成强缪尔湍动的新机制,给出了横等离激元、强朗缪尔激元和离声激元之间相互作用满足的修正方程,并进行了数值模拟.结果表明:Compton散射使横等离激元和朗缪尔激元间的碰撞频率大大增加,随着时间的演化,横等离激元和朗缪尔激元的能量由小波数区向大波数区的转移比散射前要快得多,同时产生剧烈的坍塌.坍塌后期,等离激元的强非线性作用激发出高次共振谐波,使能量从一个谐波转移到另一个谐波,形成无限高次谐波,引起波的破碎,出现由调制不稳定性控制的强朗缪尔湍动、较强的激光成丝和能量均分现象.研究结果为进一步研究强朗缪尔湍动的加速机制、反常碰撞、激光加热实验及快点火实验提供了理论支持.     

极强激光场驱动超亮伽马辐射和正负电子对产生的研究进展

高功率超短超强激光脉冲的诞生开启了相对论非线性光学、高强场物理、新型激光聚变、实验室天体物理等前沿领域.近年来,随着数拍瓦级乃至更高峰值功率激光装置的建成,超强激光与等离子体相互作用进入到一个全新的高强场范畴.这种极强激光场与等离子体相互作用蕴含着丰富的物理过程,除了经典的波与粒子作用、相对论效应、有质动力效应等非线性物理过程外,量子电动力学(QED)效应变得格外重要,例如辐射阻尼效应、正负电子对产生、强伽马射线辐射、QED级联、真空极化等.本文主要介绍我们近年来在极端强激光场与等离子体相互作用中激发的QED效应以及伴随的超亮强伽马射线辐射和稠密正负电子对产生等方面的研究进展.     

强激光实验室天体物理介绍

实验室天体物理是交叉于高能量密度等离子体物理学与天体物理学之间的一个新的学科生长点。利用强激光装置可以在实验室创造与某些天体或天体周围相似的极端物理环境,这样的实验条件前所未有,且与天体物理中诸多重要的物理现象直接对应。通过近距、主动、参数可控的研究,实验室天体物理有助于解决目前天体物理和等离子体物理中的一些关键的、共性的问题,并有望取得突破性成果。针对近年来国内外在该领域取得的最新研究进展进行介绍,并就将来可能开展的研究方向进行展望。     

高频波激发低频磁场和离子声波的重整化强湍动理论

本文给出了高温等离子体中高频波激发低频磁场和离子声波强湍动过程的重整化理论,以便改善通常的弱非线性处理方法,从Vlasov-Maxwell方程组出发,在Fourier表象中得到了包含“最发散”和“次发散”效应互相耦合的高频和低频传播于重整化方程组,从而获得了高、低频振荡粒子重整化分布函数和场的耦合关系。在“最发散”重整化近似下,我们求解了高低频传播子方程组,得到了展开到v₄(高频湍动场能密度与等离子体热能密度之比)一次方的近似解和重整化介电函数等表达式。然后,在Fourier逆变换下导得了我们所要的时空表用中重整化强湍动方程组。最后,作为一个说明重整化作用的例子,在一维稳态下求解了孤立子的形式。 关键词：     

强激光天体物理学研究—在强激光实验室中模拟某些天体物理过程（Ⅰ）

用激光等离子体相互作用对天体物理过程中进行模拟研究已成为当前世界物理和天文学家感举的重要前沿领域,文章比较了强激光作用下产生的等离子体与天体物理条件下的等离子体之间在内部物理过程的相似性,论述了由前者模拟后者的物理依据,即相似性原则和定标规律,在此基础上,回顾和评述了当前已经在高离化态光谱学、类天体等离子体状态方程和辐射不透明度以及流体动力学不稳定性等方面开展的强激光天体物理学的研究,这些研究对于理解超新星、白矮星、中子星以及巨行星、褐矮星等领域的天体物理过程起到了极大的作用,并正在成为联系天体物理理论模拟和观测的中间桥梁。     

强激光天体物理学研究

用激光等离子体相互作用对天体物理过程进行模拟研究已成为当前世界物理和天文学家深感兴趣的重要前沿领域.文章比较了强激光作用下产生的等离子体与天体物理条件下的等离子体之间在内部物理过程的相似性,论述了由前者模拟后者的物理依据,即相似性原则和定标规律.在此基础上,回顾和评述了当前已经在高离化态光谱学、类天体等离子体状态方程和辐射不透明度以及流体动力学不稳定性等方面开展的强激光天体物理学的研究,这些研究对于理解超新星、白矮星、中子星以及巨行星、褐矮星等领域的天体物理过程起到了极大的作用,并正在成为联系天体物理理论模拟和观测的中间桥梁.     

强激光天体物理学研究——在强激光实验室中模拟某些天体物理过程(Ⅰ)

用激光等离子体相互作用对天体物理过程进行模拟研究已成为当前世界物理和天文学家深感兴趣的重要前沿领域 .文章比较了强激光作用下产生的等离子体与天体物理条件下的等离子体之间在内部物理过程的相似性 ,论述了由前者模拟后者的物理依据 ,即相似性原则和定标规律 .在此基础上 ,回顾和评述了当前已经在高离化态光谱学、类天体等离子体状态方程和辐射不透明度以及流体动力学不稳定性等方面开展的强激光天体物理学的研究 ,这些研究对于理解超新星、白矮星、中子星以及巨行星、褐矮星等领域的天体物理过程起到了极大的作用 ,并正在成为联系天体物理理论模拟和观测的中间桥梁     

吸积盘的X射线辐射对周围星际物质的离化研究

利用辐射流体力学程序对三倍频纳秒激光与靶物质相互作用进行了模拟研究，得到了可以产生黑体辐射谱分布的激光等离子体X射线辐射靶的最佳厚度；数值模拟研究了黑体谱分布的X射线辐射场对等离子体系统平均离化度分布的影响，它有助于深入理解天体物理中吸积盘对它周围星际物质的离化影响. 关键词： 辐射流体力学 激光等离子体 X射线辐射 吸积盘 离化     

强激光产生的强磁场及其对弓激波的影响

强激光照射金属线圈后,会在打靶点附近的背景等离子体中诱发冷电子的回流,在金属丝内形成强电流源,从而产生强磁场.本文利用神光II高功率激光器产生的强激光照射金属丝靶,产生了围绕金属丝的环形强磁场.利用B-dot对局域磁感应强度进行了测量,根据测量结果,结合三维模拟程序,反演得到磁场的空间分布.再利用强激光与CH平面靶相互作用产生的超音速等离子体撞击该金属丝,产生了弓激波.通过光学成像手段研究了磁场对冲击波的影响,发现磁场使得弓激波的轮廓变得不明显并且张角变大.同时,通过实验室天体物理定标率,将金属丝表面等离子参数变换到相应的天体参数中,结果证明利用该实验方法可以在实验室中产生类似太阳风的磁化等离子体.     

与天体物理相关的光电离等离子体的实验室研究

光电离等离子体在天体物理环境中普遍存在,并且由于与黑洞等致密天体紧密关联而具有重要的研究意义.近年来,随着大功率强激光及Z箍缩技术的发展,在实验室中实现了天体环境中的光电离等离子体和光电离过程的模拟.这为验证光电离理论模型的可靠性和准确性,以及认识天体物理环境中的光电离过程及其物理环境的诊断提供了重要的新手段.文章介绍了与天体物理相关的光电离等离子体的实验室研究进展.     

共振吸收的自洽场结构和密度轮廓分布

 用二维多时标全电磁相对论粒子模拟程序，对斜入射P极化强激光与具有线性密度分布的非均匀等离子体平板相互作用中的共振吸收进行了模拟计算，给出了冕区自洽场的结构和等离子体密度轮廓分布，粒子模拟结果观察到了临界面附近等离子体波的激发、等离子体密度轮廓的变陡和空穴的产生。     

激光等离了体共振吸收的波碎过程

用理论分析和粒子模拟方法对激光等离子体共振吸收的波碎过程进行了研究，讨论了温度参量对共振吸收的影响，发现在共振区域电子不会会被其在静电波势阱中的振荡加热，也会被朗道阻尼所加热；在低密度区域还存在着湍动加速机制，在一定的功率水平下，可以观察到二次波碎行为。     

超短脉冲强激光与等离子体的非线性相互作用

超短脉冲强光与等离子体相互作用是近年来令人注目的一个前沿领域。介绍了其中的超短脉冲强激光与非稠密等离子体作用中的激光尾波场与尾波场加速器、光脉冲频率上转换与脉宽正缩、相对论光导等重要研究课题。还介绍了超短脉冲强激光与固体靶作用听吸收机制，短标尺长等离子体产生、能量输运等有关问题的研究。     

激光等离子体共振吸收的波碎过程

用理论分析和粒子模拟方法对激光等离子体共振吸收的波碎过程进行了研究．讨论了温度参量对共振吸收的影响，发现在共振区域电子不但会被其在静电波势阱中的振荡加热，也会被朗道阻尼所加热；在低密度区域还存在着湍动加速机制．在一定的功率水平下，可以观察到二次波碎行为     

HL-2A装置密度极限附近边缘剪切流和极向剩余胁强的实验研究

报道了HL-2A装置密度极限附近边缘剪切流和极向剩余胁强的最新实验研究结果。研究发现,等离子体密度向Greenwald密度靠近时,等离子体响应由绝热响应向流体动力学响应转变,导致湍流雷诺胁强中的非扩散项——剩余胁强降低,其径向梯度表征的等离子体自发旋转力矩显著降低。边缘极向流的湍性驱动降低进一步导致边缘E×B极向流剪切强度减弱。这些实验结果证明了湍流剩余胁强的降低是导致托卡马克密度极限附近边缘极向剪切层崩塌的关键因素。     

靶结构对激光等离子体动量耦合系数的影响

强激光与靶相互作用产生的等离子体可以作为一种新型的推进源.就强激光与靶相互作用过程中，靶结构对激光等离子体动量耦合系数的影响进行了研究.结果表明，相对于无约束的平面靶，坑靶将动量耦合系数提高了5倍，而约束的平面靶将动量耦合系数提高了10倍以上.分析发现，对等离子体的有效约束是提高动量耦合系数的主要原因. 关键词： 激光等离子体 推进 动量耦合系数     

飞秒强激光脉冲在等离子体中的自压缩

文章从激光等离子体相互作用的非线性薛定谔方程出发,理论研究了飞秒强激光脉冲在等离子体中的自压缩行为.结果表明在一定范围内随着激光脉冲宽度、激光强度的增大以及等离子体密度的减小,飞秒强激光脉冲在等离子体中传播的自压缩现象越明显.另外通过适当设定参量得到了近似稳定传播的基孤子.