含氧等离子体中臭氧形成过程数值模拟

利用数值模拟程序对不同条件下氧等离子体和大气等离子体中臭氧的形成过程进行数值模拟. 结果发现：臭氧的形成与游离态氧原子密切相关;臭氧的最大数密度与初始电子数密度有关;臭氧最大数密度持续的时间与脉冲放电大气等离子体中放电间隔时间选取相关,最佳的放电间隔是游离态氧原子达到最大的时间. 关键词： 等离子体 数值模拟 臭氧产生     

激光参数影响太赫兹辐射的数值模拟

 利用2维PIC程序模拟了聚焦激光脉冲垂直入射非均匀等离子体,在界面激发超强太赫兹辐射的物理过程,研究了激光强度、脉宽和焦斑半径对太赫兹辐射功率和频率的影响,并和模式转换理论作了对比。结果表明:激光强度是影响太赫兹辐射功率的主要因素;当脉宽在等离子体波长附近时,激起的静电波振幅最大,此时对应的太赫兹辐射最强;同时存在一个最优的焦斑半径,使得辐射功率最大。     

激光脉冲形状对弓形波电子俘获的影响

使用二维粒子模拟程序研究了电子弓形波注入机制中激光脉冲形状对电子俘获效果的影响. 研究结果表明, 激光脉冲时间上升沿陡峭的正扭曲脉冲激发的尾波场强度高, 加速区域分布广, 并且有利于电子获得更高的初速度, 从而推动更多的电子进入尾波场加速相位. 在其他条件相同的情况下, 正扭曲脉冲的电子俘获数目远高于激光脉冲时间分别为高斯形和负扭曲分布的情形, 使得电子束的品质得到改善. 研究结果对于理解尾波场加速中电子注入过程以及获得大电荷量高能电子束具有积极意义. 关键词： 尾波场 电子俘获 时间波形 粒子模拟     

大气等离子体中负氧离子产生和演化过程数值模拟

文章利用数值模拟程序对不同条件下大气等离子体中负氧离子的形成及演化过程进行数值模拟.结果发现:负氧离子数密度衰减过程中出现拐点,进入一个较为平稳的状态;平稳期负氧离子数密度与初始电子数密度近似成线性关系;水分含量对负氧离子的演化过程具有重要影响,水分含量越高,负氧离子或其团簇数密度平稳期后的衰减越缓慢. 关键词： 等离子体 数值模拟 负氧离子     

完全匹配层吸收边界在2D3V等离子体粒子模拟中的实现

基于Berenger完全匹配层的基本思想,导出了高斯单位制下2维完全匹配层吸收介质的控制方程及参数设置方法,并进行了数值验证和参数优化。依据所得结论编制了相应的吸收边界模块加入到2D3V等离子体粒子模拟程序PLASIM中,取得了良好的吸收效果。基于完全匹配层吸收边界的实现,在小窗口内对超强激光预脉冲与低密度等离子体的长时间相互作用过程进行了模拟研究,结果表明:激光强度和作用时间是影响等离子体密度改变的重要因素,超强激光其长时间的预脉冲可以通过有质动力的累积效应在低密度等离子体中引起较大的密度变化。     

质子束在等离子体中传输的粒子模拟

用粒子模拟程序研究了长脉冲质子束在等离子体中的传输特性,模拟结果表明,等离子体可以明显改善质子束的空间传输特性,大尺度的等离子体相对于等离子体层可以实现较长距离的稳定传输。研究发现,在实现长距离传输时,等离子体波会对质子束密度有较大的调制作用,严重影响质子束的传输性质,同时通过优化束密度分布可以有效减弱等离子体波的激发,实现束较稳定的传输。     

Dense pair plasma generation by two laser pulses colliding in a cylinder channel

An all-optical scheme for high-density pair plasmas generation is proposed by two laser pulses colliding in a cylinder channel. Two dimensional particle-in-cell simulations show that, when the first laser pulse propagates in the cylinder,electrons are extracted out of the cylinder inner wall and accelerated to high energies. These energetic electrons later run into the second counter-propagating laser pulse, radiating a large amount of high-energy gamma photons via the Compton back-scattering process. The emitted gamma photons then collide with the second laser pulse to initiate the Breit–Wheeler process for pairs production. Due to the strong self-generated fields in the cylinder, positrons are confined in the channel to form dense pair plasmas. Totally, the maximum density of pair plasmas can be 4.60 × 10~(27)m~(-3), for lasers with an intensity of 4×10~(22)W·cm~(-2). Both the positron yield and density are tunable by changing the cylinder radius and the laser parameters. The generated dense pair plasmas can further facilitate investigations related to astrophysics and particle physics.     

基于激光等离子体的X/γ辐射研究进展

随着激光技术的不断发展,激光功率突破10 PW量级,激光与物质相互作用进入近量子电动力学（QED）范畴。从弱相对论激光到相对论激光再到强相对论激光,激光场与物质的耦合可以产生能量从keV到MeV甚至GeV的X/γ射线。这些辐射具有通量大、亮度高、能量高和脉宽短等特点,在核物理、高能量密度物理、天体物理等基础研究以及材料科学、成像、医学等领域具有广泛应用前景。系统梳理了近年来相对论强激光与气体、近临界密度等离子体及固体靶相互作用,通过诸如同步辐射、betatron和类betatron辐射、Thomson散射和非线性Compton散射过程等产生高能X/γ射线的最新研究进展,总结了各种方案产生的X/γ射线的品质因子和潜在应用,并为下一步基于强激光大科学装置的实验研究提供理论参考。     

薄膜靶整形强激光脉冲的理论分析和数值模拟

超强超短脉冲激光广泛应用于粒子加速以及新型X射线辐射源产生。较长的激光脉冲上升前沿直接影响激光应用效果。等离子体薄膜靶作为新型光学介质开关,可以有效降低超强激光脉冲前沿上升时间,优化激光等离子体相互作用参数。采用一维理论分析和粒子模拟方法研究了等离子体薄膜靶实现超强激光脉冲整形的机制。研究结果表明,薄膜靶通过对激光脉冲的非线性调制,可有效实现脉宽缩短和脉冲陡化;对比单层靶调制结果,选择参数优化的双层靶,可进一步优化脉冲整形效果,获得更短脉宽和更高振幅的激光脉冲;对于峰值振幅高于薄膜靶击穿阈值的超强激光,脉冲上升前沿可得到明显陡化,薄膜靶的击穿是产生这种脉冲整形效果的直接原因。     

高空核爆炸下大气的X射线电离及演化过程数值模拟

利用数值模拟程序模拟了不同高度核爆炸下大气的X射线电离及演化过程.结果表明: X射线电离产生的电子数密度在射线到达后约100 ns时刻达到峰值, 峰值数密度随着到裸核区距离的增加而减小;电子具有较长的寿命, 电子寿命随着到裸核区距离的增加而增大; X射线电离空气产生正离子O⁺, O₂⁺, N₂⁺,爆高为120 km情况下 O⁺的峰值数密度与O₂⁺的相近,能维持约1 s. X射线对空气的电离影响范围在数十千米以内,在距裸核区较近的区域, 爆高为80 km时产生的电子峰值数密度比爆高为120 km时的电子峰值数密度高, 在距裸核区较远的区域则相反.