强激光与等离子体相互作用中电磁孤立子的数值模拟研究

摘要

超短超强激光与等离子体相互作用会产生许多全新的非线性效应，其中相对论电磁孤立子在其中扮演重要角色。它在等离子体的激光加热和激光诱导的核聚变过程中必然出现，并且在磁约束核聚变以及天体等离子体中，非线性相对论磁声孤立子是最普遍最重要的一种非线性波模式。本论文重点放在了运用数值模拟的方法研究一维相对论电磁孤立子的结构特性。 在准中性近似和弱非线性条件下，数值研究了强激光与电子等离子体相互作用产生的一维相对论电磁孤立子，并根据Vakhitov-Kolokolov稳定性判据分别讨论了圆偏振孤立子和线偏振孤立子的稳定性。 研究了电子-离子等离子体情况下的电磁孤立子，结果表明，孤立子的形成及其演化与离子运动有紧密的联系，并且当孤立子中电磁场的振荡频率远远低于朗缪尔频率时，孤立子才容易稳定的存在。在非线性相互作用中，除了有具有电磁能量密度最大值的明孤立子形成外，还有具有电磁能量密度最小值的暗孤立子和具有相对论振幅的电磁冲击波等很多以低波速传播的非线性模型的产生。 数值分析了等离子体温度对电磁孤立子解的影响。结果表明，在一定程度上准中性假设是满足的；孤立子的矢势振幅和准静态电场都依赖于等离子体温度；热等离子体中形成的孤立子为亚周期结构，其孤立子的振幅宽度小于低温等离子体时的情况，并且静电势为负值；孤立子内部产生一个很强的准静态电场，能够用于电荷加速。

目录

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第一章绪论

§1.1相对论电磁孤立子的理论研究

§1.2相对论电磁孤立子的粒子模拟研究

§1.3相对论电磁孤立子的实验研究

§1.4论文的主要研究内容

第二章激光等离子体相互作用的基本理论

§2.1激光等离子体相互作用的基本方程组

§2.2激光在等离子体中的传播

§2.3激光在等离子体中的吸收

第三章电子等离子体中的一维相对论电磁孤立子

§3.1强激光与等离子体相互作用的理论模型

§3.2一维相对论电磁孤立子的基本理论

§3.3孤立子的稳定性

§3.4本章小结

第四章电子—离子等离子体中一维相对论电磁孤立子

§4.1电子—离子等离子体中的孤立子基本理论

§4.2数值求解一维相对论电磁孤立子

§4.3级数法数值求解一维相对论电磁孤立子

§4.4本章小结

第五章等离子体温度对相对论电磁孤立子解的影响

§5.1热等离子体中的动力学公式

§5.2 e- -e+等离子体中一维孤立子解

§5.3 e-i等离子体中一维孤立子解

§5.4本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文