激光场影响下离子在等离子体中能量损失的研究

摘要

带电粒子与等离子体相互作用过程中的能量损失与不同科学领域的许多应用有关，例如重离子惯性约束聚变，磁约束聚变，重离子电子冷却等。20世纪80年代，啁啾脉冲放大技术为激光技术的发展创造了良好的条件，引发了人们研究在激光场影响下带电粒子与等离子体相互作用的能量损失问题。特别是，随着加速器技术的发展，产生高速重离子已经成为可能，同时受重离子惯性约束聚变技术的发展需要，促进了人们开展激光场影响下离子能量损失问题的研究。
　　本文在伏拉索夫-泊松方程理论模型的基础上，采用分子动力学模拟方法，利用线性介电响应理论和Brandt-Kitagawa有效电荷理论，推导了原子离子在等离子体中的相互作用势和阻止本领表达式，进一步讨论了激光参数对原子离子与等离子体相互作用过程中能量损失的影响。首先我们在给定激光角度α=π/3、等离子体密度n0=1016 cm-3、电子温度Te=3 eV的情况下，研究了硼原子离子在激光场影响下的能量损失情况。在研究过程中发现激光场强对硼原子离子的能量损失具有一定的影响，发现其阻止本领随着速度的增加呈现先增加后减小的趋势，且随着激光场强的增加硼原子离子的阻止本领不断减小。另外，研究发现硼原子离子的阻止本领还受到激光频率和激光角度的影响。氮原子离子模拟结果随激光参数的变化规律方面与硼原子离子的模拟结果具有类似的结论，但由于它们核电荷数的不同，导致同一激光场强度下它们的阻止本领不同。为此又对氧原子离子进行了模拟探究，结果发现:在同一激光场强度（αE=3λD）下，氧原子离子的阻止本领大于氮原子离子的阻止本领，氮原子离子的阻止本领又大于硼原子离子的阻止本领，即对于不同的原子类型，阻止本领随核电荷数的增加而增大。
　　通过以上对硼原子离子、氮原子离子、氧原子离子的模拟，结果表明:激光场强度是影响原子离子与等离子体之间相互作用的一个重要参数。随着激光强度的增加，阻止本领不断减小;原子离子的阻止本领随着速度的增加呈现了先增大而后减小的趋势;另外，激光频率、激光角度也能够对阻止本领起到调制作用;随着原子离子核电荷数的增加，原子离子的阻止本领会不断增大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 激光驱动惯性约束聚变

1．1．2 磁约束聚变

1．1．3 重离子电子冷却

1．2 研究现状

1．2．1 原子离子的能量损失

1．2．2 激光场对离子束与等离子体相互作用的影响

1．3 论文研究内容及章节安排

第2章 理论模型及模拟方法

2．1 引言

2．2 理论模型

2．2．1 线性化的伏拉索夫-泊松方程

2．2．2 等离子体介电函数

2．2．3 Brandt-Kitagawa有效电荷态

2．2．4 电子阻止本领

2．2．5 原子离子在等离子体中的势能与阻止本领

2．3 模拟方法

2．4 本章小结

第3章 激光场影响下硼原子离子在等离子体中能量损失的研究

3．1 引言

3．2 硼原子离子阻止本领数值模拟

3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

第4章 激光场影响下氮原子离子在等离子体中能量损失的研究

4．1 引言

4．2 氮原子离子阻止本领数值模拟

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

第5章 激光场影响下氧原子离子在等离子体中能量损失的研究

5．1 引言

5．2 氧原子离子阻止本领数值模拟

5．3 硼原子离子、氮原子离子与氧原子离子模拟结果对比

5．4 结果与讨论

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢