超强激光与泡沫微结构靶相互作用提高强流电子束产额模拟研究

利用二维粒子模拟方法,本文研究了超强激光与泡沫微结构镀层靶相互作用产生强流电子束问题.研究发现泡沫区域产生了百兆高斯级准静态磁场,形成具有选能作用的"磁势垒",强流电子束中的低能端电子在"磁势垒"的作用下返回激光作用区域,在鞘场和激光场的共同作用下发生多次加速过程,从而显著提升高能电子产额.还应用单粒子模型,分析了电子在激光场作用下的运动行为,验证了多次加速的物理机理.     

Weibel不稳定性自生电磁场对探针质子束的偏转作用研究

Weibel不稳定性的自生电磁场对于等离子体能量输运、无碰撞冲击波形成等物理过程具有关键的影响.实验上往往采用质子束照相来诊断其电磁场结构.一般认为,探针质子束的轨迹偏转主要来自于磁场,而自生电场的作用被认为可忽略不计.本文利用三维粒子模拟程序研究了典型参数下的Weibel不稳定性发展过程,并使用径迹追踪法评估了Weibel不稳定性的质子束照相过程中电场和磁场对探针质子束的偏转作用.对比分析发现,引起探针质子束偏转的主要因素并不是磁场,而是过去研究中常被忽略的电场.主要原因为:Weibel不稳定性的自生磁场往往成管状结构,在使用探针质子束对其进行侧向照相时,磁场的作用会被自身中和并抵消.该认识将有助于深入理解Weibel不稳定性质子照相的实验结果.     

马赫数对等离子体碰撞冲击波结构的影响——全动理学模拟研究

利用全动理学粒子(PIC)模拟研究不同马赫(Mach)数条件下等离子体碰撞冲击波的结构。研究发现：在低Mach数条件下,冲击波波阵面位置物理量的分布较为平缓(努森数较小),等离子体的粘性和热流可由经典输运理论描述,这种情况下数值求解双流体方程组得到的冲击波结构与PIC模拟一致。随着冲击波Mach数的增加,冲击波波阵面位置物理量的分布变陡,努森数增加,动理学效应对等离子体输运的影响变得显著。高Mach数条件下,动理学效应主要体现在“先驱离子”对离子粘性和热流的增强以及电子非局域输运对电子热流的影响。通过影响等离子体输运行为,动理学效应可以显著影响冲击波的结构特征。     

激光驱动强流电子束产生和控制

在惯性约束聚变(ICF)电子束快点火物理方案中,需要超强拍瓦激光脉冲驱动MeV能量的强流电子束,并沉积数十kJ能量到压缩氘氚芯区。强流电子束的束流品质是影响点火成功的关键因素之一,为深入了解强流电子束产生物理过程,研制成了三维高性能、适应上万CPU核规模的并行粒子模拟程序,并开展了大规模数值模拟研究,探索了强流电子束的产生机制和输运规律。回顾了近几年来快点火研究团队围绕强流电子束产生和控制开展的研究,介绍了导致束流品质差的两大物理原因:预等离子体效应和束流不稳定性磁场的随机散射。针对这两个物理原因,提出了四种提高强流电子束品质的方法:(1)双层金锥靶减弱预等离子体的负面效应;(2)输运丝产生环向磁场准直强流电子束;(3)外加磁场导引强流电子束提高耦合效率;(4)抑制束流不稳定性以降低随机磁场对电子束流的散射。     

黑腔等离子体中SRS与SBS过程的散射光谱分析

针对惯性约束聚变中激光通过等离子体时,在光路上激发的受激Raman散射(SRS)与受激Brillouin散射(SBS)过程进行了研究。介绍了用于分析两种不稳定性过程背向散射光谱特征的程序模型,数值模拟了不同等离子体状态参数条件下的SRS与SBS过程,讨论了黑腔内等离子体参数条件对两种不稳定性过程及其散射光谱特征的影响,提出了有益于抑制两种不稳定过程的等离子体参数条件。     

蕴涵偏序半群的同态

在蕴涵偏序半群中引入了三类同态,讨论了它们的关系和性质,并且给出了三个同态定理     

相对论电子束在等离子体中的能量沉积

 用3维粒子模拟程序LARED-P研究了束-等离子体不稳定性, 不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量。对于10 MeV的单能电子束,束电子数目占总电子数目5％的情况下,最终约损失14％的束能量。推导了等离子体的色散关系,得出了增长率。     

Stimulated Raman Scattering in Bi-temperature Vlasov Plasma

We obtain the nonlinear coupling equations for describing stimulating Raman scattering (SRS) of ultra-intense laser beam starting from the relativistic Vlasov-Maxwell equations. It is found that the relativistic electrons play an important role in the inhibition of the SRS instability and the growth rate of backward SRS strongly decreases with the increasing number of relativistic electrons.     

粒子模拟激光斜入射边界条件的处理

讨论了电磁场模拟中的非反射边界条件,详细推导了斜入射情况非反射边界条件的有限差分格式,并在粒子模拟程序LARED-P上将其实现,同时给出了激光斜入射时的数值模拟结果.     

强度调制宽带激光对受激拉曼散射动理学爆发的抑制

激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一.宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段,近年来受到广泛关注.然而,宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发,使抑制效果不及预期.本文提出一种外加强度调制的宽带激光模型.通过选择适当的强度调制包络,能够打断背散光在强脉冲中的放大过程,降低高强度脉冲诱发剧烈爆发的概率,并大幅减少背散光份额和热电子产额.数值模拟表明,强度调制激光对受激拉曼散射具有较好的抑制能力.对于平均功率为1.0×10¹⁵W/cm²,带宽为0.6%的二倍频宽带激光,使用强度调制技术后,反射率下降了1个数量级, 20 keV以上热电子能量份额也由7.34%下降至0.31%.上述研究证实了使用强度调制宽带激光抑制高频不稳定性的可行性,并有望为后续宽带激光驱动聚变实验设计提供参考.