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应用电子和多光子集团非弹性碰撞模型和冷等离子体模型，研究了飞秒强激光与线性等离子体发生多光子非线性Compton散射时，散射激光与入射激光形成的飞秒耦合激光场对线性等离子体层中光场和电子密度分布的影响。研究发现，在耦合激光的有质动力作用下，电子密度分布和离子密度分布比Compton散射前的偏离更加严重，电子密度的变化比离子密度的变化更快，产生的静电场更强。即使耦合激光场非常弱，电子的运动仍表现出相对论效应，仍有静电场存在。     

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     

飞秒强激光作用下线性等离子体层中光场和电子密度的自洽分布

自洽求解了圆偏振的飞秒强激光作用下线性等离子体层中光场和电子密度的分布.研究发现在激光有质动力的作用下，电子密度分布严重偏离离子密度分布，甚至出现了一系列的“电子岛”和“电子空腔”.由于电荷分离，等离子体内形成了很强的静电场，一部分激光能量转化为等离子体内的静电能.线性等离子体层储存静电能的大小随着入射激光强度的增加而显著上升. 关键词： 飞秒激光 相对论等离子体 电子密度 有质动力     

超强激光钻孔机制的粒子模拟研究

 用二维半粒子模拟程序模拟研究了超强激光束与过稠密等离子体的相互作用过程,发现存在有质动力加速电子及由该电子再拉动离子而产生的等离子体密度通道,也发现由高能电子流产生的高强度自生磁场。模拟研究了三种空间形状的激光对钻孔的影响,发现激光场径向梯度越大,钻孔速度越大,越有利于钻孔;对反射波进行诊断,发现了奇次谐波和偶次谐波。     

强激光与近临界密度等离子体相互作用中的无碰撞静电冲击波产生

本文通过一维粒子模拟(particle-in-cell)方法研究了强激光与近临界密度等离子体相互作用中的弱冲击波和强冲击波产生,并讨论了非相对论和相对论光强以及等离子体密度分布区间对无碰撞冲击波形成的影响.非相对论的弱驱动光与等离子体相互作用产生的是弱冲击波.由于电子加热不充分,电子能谱呈现出双温分布.较低温度的电子对弱冲击波的形成以及质子反射加速有重要作用.弱冲击波加速质子的能谱呈连续分布.在等离子体密度上升沿区间较大时,可观察到后孤子结构向离子声波结构演化并进一步演化为弱冲击波结构的过程.在相对论的强驱动光强下,电子加热比较充分可达到相对论温度,且呈现出单温分布.进一步分析密度分布区间大小对冲击波形成的影响时发现:1)当等离子体密度上升沿区间较大时,离子声波的势垒易被热电子屏蔽且离子声波结构在传输的过程中容易被后续的激光破坏而无法演化为无碰撞冲击波;2)当等离子密度分布区间较小时,离子声波中加速电场的有效距离(即德拜长度)和持续时间更长,这导致其结构在传输过程中更加稳定.当离子声波中加速的质子与靶后鞘层场加速的质子之间的速度差满足无碰撞冲击波的离子反射条件时,离子声波进一步演化为强...     

核物理与等离子体物理学科研究进展

1 理论物理 1．1 等离子体物理 深入开展了激光等离子体相互作用理论研究。为了模拟和研究激光与大尺度黑腔等离子体相互作用问题，分析了激光入射场、散射波场和离子声波的传播的耦合关系，考虑动力学效应，提出了描述自聚焦、受激散射非线性演化的耦合模型，完成流体程序的物理方案；研究了SRS时空演化机制，发现一些新物理现象；对超强激光与超高密度等离子体作用问题进行模拟，研究了高能电子、单能离子产生的新特征。     

非均匀等离子体中1/4临界密度附近受激散射的非线性演化

本文采用粒子模拟方法,针对长脉冲激光在非均匀等离子体中的传输过程,特别是在1/4临界密度附近,等离子体中受激散射的非线性演化现象,进行了细致的模拟研究.研究结果表明:在1/4临界面附近所产生的受激拉曼散射不稳定性,其散射光在等离子体中被捕获,并在该区域形成电磁孤子.电磁孤子的振幅随着不稳定性的发展而提高,并由此而产生一个有质动力场驱动周围的电子运动,离子随后被电荷分离场加速,最终形成准中性的密度坑.在单个密度坑形成后,由于该密度坑周围等离子体密度和温度产生了变化,使得等离子体中逐渐形成更多的密度坑.这些密度坑将等离子体分割成不连续的密度分布,而这种密度分布最终明显地抑制了受激拉曼散射和受激布里渊散射不稳定性的发展.     

相对论强激光与近临界密度等离子体相互作用的质子成像

近临界密度是激光等离子体相互作用中能量吸收和高能电子产生的重要等离子体参数区间.利用激光加速产生的质子束作为电磁场探针,研究了超强激光与近临界密度等离子体相互作用产生的等离子体结构及其时间演化.实验发现,初始均匀分布的质子束穿过近临界密度等离子体后分裂为两个斑.两个质子束斑的间距随着作用时间先增大后减小.并且两个束斑呈不对称分布.分析认为,幅度约为10~9 V/m的不对称分布瞬变电场是产生质子束偏折和分裂的主要原因.粒子模拟的结果也验证了这一解释.该研究对激光尾场电子加速、离子加速、惯性约束聚变快点火方案研究等有一定的参考价值.     

强激光与稠密等离子体作用引起的冲击波加速离子的研究

用二维PIC（Particle-in-Cell）程序模拟研究了强激光与稠密等离子体靶作用产生的无碰撞静电冲击波的结构和这种冲击波对离子的加速过程,研究发现由于冲击波前沿附近的双极电场的作用,具有一定初速度的离子能被该双极场俘获并获得加速,最终能够被加速到两倍冲击波速度.冲击波加速可以得到准单能的离子能谱,叠加在通过鞘层加速机理产生的宽度离子能谱上.还对不同激光强度和不同等离子体密度情况下形成的冲击波进行了比较.研究表明,强度相对较低的激光在高密度等离子体中可以产生以一定速度传播的静电孤波结构,后者只能加速 关键词： 强激光 稠密等离子体 无碰撞静电冲击波 离子加速     

强激光与等离子体相互作用中受激陷俘电子声波散射及相空间离子涡旋的形成

应用一维相对论电磁粒子模拟程序，研究了线性极化强激光入射到无碰撞密度均匀的次临界密度等离子体中所引起的受激陷俘电子声波散射不稳定性过程.不稳定性的早期行为与是否考虑离子动力学效应无关.当考虑离子动力学效应之后会激发一个随时间增长的离子声波，并且最终由于大振幅电磁孤立子的产生而中断.由于电磁孤立子内的静电场与电磁场所产生的离子加速与俘获效应，导致一个离子涡旋在离子相空间中形成；当电磁孤立子向后加速过程中，若干个离子涡旋结构随之形成.研究发现，离子涡旋结构同样存在于密度不均匀的次临界密度等离子体中.从拓扑的观 关键词： 粒子模拟 受激陷俘电子声波散射 电磁孤立子 离子涡旋     

Equilibrium profiles for RF-plasma sources with ponderomotiveforces

An analysis is given of the influence of the electron ponderomotive force on the equilibrium plasma profiles of partially ionized, radio frequency discharge sources, The ponderomotive force can be written as a gradient of a potential varying with the square of the RF field in the plasma and is largest for electrons, The impact of this electron ponderomotive force on density and electrostatic potential profiles is demonstrated using a one-dimensional analytic model with supporting numerical solutions and a two dimensional fluid simulation. For nearly collisionless plasmas the ponderomotive force is valid when ω_ce^h/ω<1 where ω_ce ^h is the electron cyclotron frequency due to the RF magnetic field and ω is the RF driving frequency, In processing plasmas with parameters that satisfy this validity criteria, the equilibrium density profiles are weakly modified, For nearly collisionless processing plasmas with parameters such that ω_ce^h /ω>1, the ponderomotive force, is modified by other nonlinear force terms that need to be evaluated     

脉冲宽度对准单能质子能量的影响

使用1维粒子模拟程序LPIC+模拟了不同脉冲宽度的P极化超短强激光脉冲与稠密冷等离子体靶的相互作用.模拟结果表明:激光有质动力首先推动表层等离子体形成无碰撞激波,然后激波向靶内传播,俘获靶内的质子并将其反射加速,反射质子的速度约为离子声速的2倍.当使脉冲宽度与靶厚互相匹配时,也就是靶厚等于离子声速与激光脉冲宽度的乘积时...     

Nonlinear Dynamics of Laser Interaction with High Z Plasma

The formation and evolution of a plasma in the interaction of laser radiation with gold targets are studied by computer simulations using MHD code (ESC-CASTOR). The nonlinear features of the interaction including the absorption of laser radiation, heating of the plasma components, and the deformation of the density profile under the action of the ponderomotive force are discussed. The role of these nonlinear effects together and the influence of the radiative and collisional transport in the evolution of the density profile are discussed based on the numerically obtained two-dimensional dynamical structures of the hydrodynamic parameter (electron density n_e, ion density n_i, electron temperature T_e, ion temperature T_i), radiation temperature T_r, ponderomotive force profile, and the space-time dependencies of the absorption efficiency and the ionization rates. The radiation spectrum is analyzed and the regularities in the motion of the critical density surface are clarified.     

对飞秒激光等离子体中成丝现象的研究

采用光学阴影法和散射光成像,对飞秒激光等离子体中的局域密度涨落进行了研究.在实验中观察到了成丝不稳定性现象.从理论上对有质动力引起的局域密度涨落进行了分析.分析表明,这种成丝不稳定性主要是由有质动力造成的.     

Ion larmour radius effect on rf ponderomotive forces and induced poloidal flow in tokamak plasmas

Analytical approximations are used to clarify the effect of Larmour radius on rf ponderomotive forces and on poloidal flows induced by them in tokamak plasmas. The electromagnetic force is expressed as a sum of a gradient part and of a wave momentum transfer force, which is proportional to wave dissipation. The first part, called the gradient electromagnetic stress force, is combined with fluid dynamic (Reynolds) stress force, and gyroviscosity is included into viscosity force to model finite ion Larmour radius effects in the momentum response to the rf fields in plasmas. The expressions for the relative magnitude of different forces for kinetic Alfven waves and fast waves are derived.     

Particle Simulation of Relativistic Laser Pulse Density Channeling

1IntroducionThereiScurrentlymuhinterestintheinteractionofhighintensityultrashortlaserpulseswhhplasIna.ThisispartiyduetoaVallabilityoflaserscaPableofdeliveriflgintensihesaboVe1o"WcmzandtheadvntofthefastightorconePtinthecontextofinertialcoofnementfuAn.ThkeyconceptofthefastwttionistoheatthecomressedcorebythesuPrathermalelectronsandtheenergeticbogeneratedbyaveryintensepulse,afterthemainlaserpulsehascomPletedtheimPIosdri.Toachievethis,itisneededthatachannelingintenselaserpulsepenetratesasclose…     

双频激光在等离子体中的共振自聚焦

本文从理论上详细地研究了双频激光在等离子体中的共振自聚焦。本章从流体方程出发,导出了双频激光驱动下等离子体的非线性介电常数,从而清楚地展示了等离子体波有质动力的影响。接着,具体地处理了等离子体纵向静电场,进而反映出共振自聚焦的具体特征。最后还讨论了共振自聚焦对拍频波加速器中粒子加速过程的影响。     

Relativistic Derivation of the Ponderomotive Force Produced by Two Intense Laser Fields

The ponderomotive force plays a fundamental role in the absorption of laser light on self-consistent plasma density profiles, in multiple-photon ionization, and in intense field electrodynamics. The relativistic corrections to the ponderomotive force of a transversely polarized electromagnetic wave lead to an approximately 20-percent reduction in the single particle ponderomotive force produced by a 10-?m 1016-W/cm2 laser field. Recent experimental investigations are based on using two intense laser fields to produce desired laser-matter interactions. This paper presents the first derivation of the nonlinear relativistic ponderomotive force produced by two intense laser fields. The results demonstrate that relativistic ponderomotive forces are not additive.     

Particle Simulation of Relativistic Laser Pulse Density Channeling

Two-dimensional particle simulation is carried out to study the interaction between a high-intensity finite-size spot laser beam and a plasma with linear density profile. The laser is allowed to propagate in underdense corona until it is cut off near the critical surface. The intense laser can drive various instabilities through particle collective motion and result in electron heating,while relativistic effect and ponderomotive force can bring strong energy absorption and electron heating in the overdense region. As the laser beam is nonuniform in the transverse direction,a density channel forms and hole boring effect occurs as a result of strong ponderomotive force pushing particle outwards. These processes can be investigated well by particle simulation.     

冲击波在铝靶中传播的数值模拟研究

利用一维辐射流体力学数值模拟程序对激光驱动的冲击波在平面铝靶中传播的实验结果进行了模拟研究.分析了空间单元层的厚度对模拟结果的影响,给出了最佳单元层厚度.通过将数值模拟与实验结果相比较给出了实验中两种激光光强的实际的吸收系数.结果显示,波长为1.053μm,强度分别为0.81×10¹⁴和1.65×10¹⁴W/cm²的激光驱动的冲击波在铝靶中传播速度分别为16.52,18.56μm/ns,冲击波的峰值压力分别为0.386和0.537TPa,这些模拟结果与实验结果是一致的 关键词： 冲击波 辐射流体力学 激光等离子体