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。     

填充预等离子体通道靶激光电子加速研究北大核心CSCD

采用紧聚焦的超强短脉冲激光与固体通道靶相互作用是获得大电量、高准直相对论电子束的一种有效方式。实验中由于激光预脉冲烧蚀靶壁产生预等离子体会膨胀、填充到真空通道中,从而导致电子束品质发生变化。采用二维PIC粒子模拟程序研究了通道靶中填充预等离子体的电子加速过程。模拟结果显示,在功率密度为5.0×10^(20W/cm^(2))的超强短脉冲激光条件下,通道中填充一定密度的等离子体时激光场优先与低密度等离子体相互作用,激光脉冲与通道壁的相互作用减弱,电子加速机制由纵向场主导的真空电子加速转变为横向电场主导的等离子体电子加速,产生电子束具有更大的电荷量,但能量降低,发散角增大。     

超强激光-等离子体相互作用过程中的辐射阻尼效应

基于包含辐射阻尼效应的电子运动方程,通过坐标变换,分析了圆极化和线极化超强激光在等离子体中传播时,辐射阻尼效应对电子运动的影响。结果表明:两种极化情况下,辐射阻尼效应都随等离子体密度的增大而增强;在圆极化激光中,激光强度在1023~1026 W/cm2范围(对应于不同的等离子体密度)时,辐射阻尼效应将对电子的运动产生显著的反作用,而对于线极化激光,只有当激光强度远大于极限光强时,辐射阻尼效应才对电子的运动有明显的作用。     

Compton散射下超强激光等离子体中的坍塌

应用强场理论、多光子非线性Compton散射模型和场论方法,对非线性Compton散射对超强激光在等离子体中坍塌的影响进行了理论分析,提出了将入射超强激光和多光子非线性Compton散射光作为超强激光在等离子体中坍塌的新机制,通过构造超强激光非线性控制方程的拉格朗日密度函数,给出了激光包络尺度变化的修正方程。结果表明：多光子非线性Compton散射加剧了激光包络调制不稳定性的非线性发展及物质密度局部稀化形成密度空穴的进程,使横等离激元和局部场强迅速增强,从而导致初始均匀分布激光场的剧烈坍塌。     

Compton散射下超强激光等离子体中的坍塌

应用强场理论、多光子非线性Compton散射模型和场论方法,对非线性Compton散射对超强激光在等离子体中坍塌的影响进行了理论分析,提出了将入射超强激光和多光子非线性Compton散射光作为超强激光在等离子体中坍塌的新机制,通过构造超强激光非线性控制方程的拉格朗日密度函数,给出了激光包络尺度变化的修正方程.结果表明:多光子非线性Compton散射加剧了激光包络调制不稳定性的非线性发展及物质密度局部稀化形成密度空穴的进程,使横等离激元和局部场强迅速增强,从而导致初始均匀分布激光场的剧烈坍塌.     

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。     

等离子体界面附近激光场中电子的运动

分析了在等离子体中两个不同密度区的交界面附近激光场中电子的运动.导出了电子横向动量与纵向动量的相互关系的一般方程.分析发现,介质的非均匀性导致电子运动特性的重要改变.在一定条件下,这种非均匀性有利于注入电子获得加速.     

圆偏振强激光场下等离子体动力学方程及输运

将Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程转换到电子在激光场中振荡的坐标中，得到了光场作用下的电子动力学方程；给出了圆偏振激光场作用下的电子－离子、电子－电子碰撞项；在不同的场强区域讨论了等离子体热电输运．研究表明，当电子在激光场的颤动速度接近或者大于其热运动速度时，与没有激光场情况相比，等离子体的热电输运减小很多． 关键词：     

第一讲台面型电子加速器——激光尾波场加速器

近年来，随着超短超强激光脉冲技术的发展，利用超短超强激光在等离子体中激发出的高强度尾波场来实现电子加速的方案也取得了巨大进展．相对于传统的射频腔加速器，这种新型的加速器由于以等离子体为介质，可以突破传统加速器中加速梯度小于100MV／m的限制，其加速梯度可以达到100GV／m．电子在这样的加速场下，在厘米量级的距离内就可以获得GeV的能量．随着台面型超短超强激光器的发展，新一代实用化的台面型电子加速器有望在不远的将来得以实现．文章将从理论和实验上对激光尾波场加速中的尾波激发、电子注入、距离延长三个方面加以介绍，同时给出国内在这些方面的一些研究进展．     

THE PROBLEM OF MOTION IN THE KALUZA THEORY

It is shown that the equations of motion for a charged massive particle are consequences of the field equations in Kaluza unification theory of gravitation and electromagnetism, i.e., the equations of motion for the particle can be deduced from Kaluza field equations, just as that in Einstein's theory of motion of general relativity the equations of motion for a massive particle are consequences of the Einstein equations. Furthermore, the Lorentz equations for a particle maving in the Maxwell electromagnetic field on the Minkowskian space-time can also be obtained from the Maxwell equations by means of the Kaluze mechanism of the Maxwell theory.     

Kaluza理论的运动定律

本文指出,如同在广义相对论中粒子运动方程是场方程的推论一样,在引力场与电磁场的Kaluza统一理论中,粒子的运动方程也是场方程的一个推论,即带电粒子在引力场和电磁场中的运动方程可以从Kaluza统一理论中的场方程推导出来。本文进而在Minkowski时空的条件下,借助Maxwell理论的Kaluza形式,得到Maxwell方程也包含了带电粒子运动方程的结论。 关键词：     

湍流理论的近代发展

这篇论文的内容是关於不可压缩流体的湍流理论近代发展的综合性介绍舆分析。我们首先评述了根据Reynolds的平均运动方程所建立的混合长度理论。其次,分析关於均匀各向同性湍流的主要理论工作。第三,讨论了运用Reynolds的平均运动方程和根据速度涨落方程求得的速度关联函数的动力学方程来处理具有Reynolds剪应力的普通湍流运动问题。同时说明这个方法虽然能够给出比混合长度理论舆实验较为接近的理论结果并能提出速度涨落平方平均值的理论分布,但是由於在求出的速度关联的动力学方程中出现高次元的速度关联,它继续地导致不封闭的微分方程组因而遇到不易克服的困难。因此,从以上湍流理论发展的回顾和最近关於均匀各向同性湍流在后期衰变运动的涡性结构工作,我们在最后提出了对今后湍流理论研究工作的新看法:湍流运动的基本组成部分是流体粘性作用所引起的涡旋运动;这个涡旋运动的动力学根据是用平均的方法后Navier-Stokes方程所导出的Reyonlds的平均运动方程典带度涨落方程。我们并着重说明Reynolds认识到湍流运动可分作平均运动与涨落运动的重要性。今后的理论工作则在於求这两组动力学方程的涡旋运动解,而这种类型的解并须满足像Колмогоров在高Reynolds数运动的局部各向同性湍流理论中所提出的统计条件,方能使解满足惟一性并可舆实验结果相比较。     

等离子体简并与近简并四波混频理论——反射光栅位形

系统研究波波相互作用形成反射光栅情况下的等离子体简并与近简并四波混频理论,导出普适四波非线性耦合方程组,并在任意复耦合系数情况下求出其精确解析解。 关键词：     

等离子体简并与近简并四波混频理论——透射光栅位形

本文系统研究了波波相互作用形成透射光栅情况下的等离子体简并与近简并四波混频理论,导出普适四波非线性耦合方程组,并求出其精确解析解。这一理论将有助于研制各种微波频段内快速响应非线性光学元件。 关键词：     

约束系统的变换性质

受约束的系统,它的运动可用非独立的态函数来描述。在约束系统的时空坐标和态函数作无穷小变换下,考虑到作用量和约束方程的变化,导致了普遍的变换结果,沿着系统运动的轨线,得到约束系统变换性质的一般方程,从而给出约束系统在变换下产生守恒律的条件,对连续系统的某些具体变换写出了其变换性质方程,在特殊情况下,变换性质方程可化为经典Noether定理的结果,用于经典力学作了较详细的讨论,并把Poincaré-Cartan不变量推广到了受约束系统。 关键词：     

DESCRIPTIONS OF THE EQUILIBRATION PROCESS OF THE INTRINSIC DEGREES OF FREEDOM AND DISSIPATIVE PROCESS OF THE NUCLEAR COLLECTIVE MOTION

In this paper the Hamiltonian model is used for studying the nuclear dynamics by taking both the one-body and two-body interaction mechanisms into account. On the basis of the Von Neuman equation the coupling between the collective motion and the single particle degrees of freedom is discussed. Thus, the equations obtained are physically transparent and easy for numerical computations. They may be useful for describing the dissipative process of the nuclear collective motion as well as the equilibration process of the intrinsic degrees of freedom.     

横向运动对驻波加速管电子反轰的影响

驻波加速管的电子反轰除和各种纵向运动因素有关外,还和横向运动因素有关。本文分析了横向运动因素对电子反轰的影响,指出由于横向运动,最终作反向运动的电子只有一部分能反轰到电子枪阴极表面,本文给出了计算反轰束流包络、反轰率、反轰电流及反轰功率的方法。     

当动系为平面运动时的加速度合成定理

本文给出动系是平面运动时的加速度合成定理。它包含了动系是平动和定轴转动两种情况。并给出数值算例。