《强脉冲激光与高温等离子体及氘团簇相互作用的机理研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《强脉冲激光与高温等离子体及氘团簇相互作用的机理研究（109页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2 0 0 5 年上海大学博士学位论文摘要本文茵先在璐论上研究了高溢等离子体中相对论性电予触动力学行为。研究了对予相对论性等离子体，如何测定粒子的洛仑兹因予y 的问题。通过理论分蛎，艳商湓等离予体降稻对论往暾子韵密度函数铷分为檠体和个体部分，我们主鬻研究集体部分，得到了其有福辩论修燕的等离子体频率靳“德拜长度”。隧詹，我们研究了飞秒激光脉冲加热氘翻簇引发核聚变的机理。通过分析氘团簇与强激光相互律用时的膨胀道穗。我们掇出了团簇双熏膨胀的机制，即爨簇壤次发生流体动力学膨胀和库仑爆炸，解释产生高能氘核的原因，并估算了氘团簇库仑爆炸时氖棱款能量以及氛离予豳簇豹爆炸效率。最露，我喾l 磷窥了群子镤键核聚
2、交孛残脉冲激光鼹分蹶子9 3 H e 驰电离。论文主要毽掇戳黻下三都分肉容及翻新糗结采：一、离溢等离子体中相对论挂彀子懿麓力学彳亍为。( 1 ) 对于鞠对论性簿离子体，如何测定粒予的洛仑兹翻子，这是一个有趣的问题。我们根据相对论性麦竞聚奄分撩槔，缮到魄予熬平缘洛仑兹因子 岛瑟溅量蠹冬猕瑾羹一系统滠浚静严椿关系戏；并置在摄端褶对论的情况下，我们获得了一个类叛的简洁关系藏。( 2 ) 通过引入李纳继谢尔相对论性电磁势来描述相对论性电子产生的场，然堪由密度瀚数识相互律用下的多墩子系统划分必集体部分灏个体部分，避藤羞重对熊体部分进行研究得到了相对论性修难的高温等离子体的振动频率和“德拜长度”。我们媳缝
3、果表骧：不阕予逶鬻低滋等离予傣豹。跨瑷( 密瘦鑫定，振动频率也城固定了) ，蒜潋等囊予体的振动频搴套照饕其避度瓣变化薅嶷纯。隧赘等离子髂溢凄斡上辩，电子熬逡动速度黼快，洛仑兹囡予逐渐蹭翔，绩得离滠蒋离子体瓣摄韵频率隧之减小，露德舞长菠刘逐灏增大。并且，等离子体温菠越离，遮辩变化越鞠显。( 3 ) 我们研究了快电子束在高温等离子体巾传输时，由于电子集俸滚动的激发耐导致的隧豢损失。理论结果表明：相对论搜修藏的集体激发弓起的单位距离能量损失率比非相对论的集体激发引起的单位距离能量损失率明2 0 0 5 年上海大学博士学位论文显小。我们知道。对于稠密电子气体，在大于德拜长度如的范围，系统倾向于产生集体
4、振动行为；在小于德拜长度厶的范围，则与单个电子的自由热运动相关。由此我们得出：对具有相同电子密度分布的高温等离子体而言，由于德拜长度随等离子体温度的上升而增大，这就使得“德拜球”外参与集体振动的电子数减少，而“德拜球”内参与自由热运动的电子数增加。从而，在相对论性的高温等离子体中，集体激发引起的能量损失比通常等离子体中的小。二、近年来，飞秒强激光与团簇的相互作用的研究成为一个热点。气体原子团簇兼有气体和固体的特征，因此团簇与飞秒强激光的相互作用和单原子或分子与飞秒激光相互作用完全不同，引起的高电荷态、M e V 离子和k 百V 电子的产生，以及超短x 射线辐射等一系列的新现象。1 9 9 9
5、年，D i t m i r e 等人用D 2 团簇与飞秒强激光脉冲相互作用，实现了“台式”聚变。同时，经由团簇这座连接原子、分子和固体的桥梁，可以获得强激光与物质相互作用的完整图像。我们在理论上主要研究了飞秒激光与氘团簇的相互作用。在飞秒激光作用下，团簇充分电离，针对自由电子从团簇逃逸出来的行为，我们首先提出一种可能机制：团簇膨胀前其内部是过密等离子体，穿透迸团簇的激光场中磁场部分是不可忽略的，团簇中的自由电子在洛仑兹力的作用下，以较大的速度迁移，会沿激光的传播方向逃逸出团簇。紧接着我们研究了飞秒激光脉冲加热氘团簇引发核聚变的机理。当飞秒激光与中等尺寸氘团簇的相互作用时，我们针对团簇膨胀过程提
6、出了双重膨胀的机制：团簇依次发生流体动力学膨胀和库仑爆炸。解释了产生高能氘核的原因，与实验结果较为吻合。并计算了氘团簇库仑爆炸时氘核的速度以及氘离子团簇解体时间，为选取合理的激光脉冲宽度参数提供参考。最后，我们还对氘团簇的爆炸效率进行了研究，发现氘团簇的爆炸效率随着照射的激光强度的增加而减小、随着团簇的尺寸的增加而增加。可以认为，增加激光脉冲强度，在团簇爆炸时可以增加氘离子的动能，但降低了爆炸效率；只有增加团簇的尺寸，既可以增加氘离子动能，又可以提高爆炸效率，以便更有效地引发小d 核聚变。三、子催化聚变包含许多学科，它包括原子、分子物理、核物理和粒子物理、化学和加速器技术。二十世纪七十年代，在
7、研究子催化蒯核聚变时，发现中子的产生对温度有很大的依赖，从而发现介分子d d p 的形成过程中存在着共I I 2 0 0 5 年上海大学博圭学位论文振机制，这一惊人的成果，重新激起了人们对予催化核聚变研究的兴趣。我们首次提出了在F 予催化核聚变中利用超强的激光场把粘附在反应物Z H e 上的子瞧褰出来瓣方寨，试图使露予“复活”，参翔下一轮反应，重瑟壤纯核聚变，进而提高催化效率。通过数值求解了一维含时的S c h r & t i n g e r 方程，研究予催化梭聚交反应中单令稼狰豹激必强发震波长碧雩余嚣予# 3 H e 电离兹影嫡。发璇鹭激光强度为1 0 1 9 1 0 2 3W c m 2
8、量级时，介原予, u J H e 肖2 7 发右的电离率；躺激光强度这翻6 0 x 1 0 2 4 W e m 2 时，对介原子芦3 妇有显蔫的电离，并且电离率黼着激光的强度、波长而递增，进而会有效提高掣子的倦化效率。我们利用双色激光场对介原予5 胁作用，发现电离率比单色激光场时有明显的增加，并且双悦激光场中於楣对摆位对电离率窍灵敏的控制终粥。美缝竭：离瀣等枣子接，耀对论悭窀子，褰薅振动，超强躲净激光，鏊簇，电离，催化核聚变，z 子粘附- I I I -2 0 0 5 年上海大学博士学位论文A b s t r a c tT h ep r e s e n tt h e s i si sf i r
9、 s t l yd e v o t e dt ot h ed y n a m i cb e h a v i o ro fr e l a t i v i s t i ce l e c t r o n si nt h eh i g h - t e m p e r a t u r ep l a s m a F i r s to fa l l ，w eh a v ed e v e l o p e da na p p r o a c ht of i xt h eL o r e n t zf a c t o ro fp a r t i c l e si nt h es y s t e m T h ei n
10、 t e r a c t i o n sb e t w e e nr e l a t i v i s t i ce l e c t r o n si nh i g h , t e m p e r a t u r ep l a s m aa r ea n a l y z e dt h e o r e t i c a l l y B ys p l i t t i n gt h ee l e c t r o nd e n s i t yf l u c t u a t i o n si n t ot h ei n d i v i d u a lp a r ta n dt h ec o l l e c
11、t i v ep a r t ，w em a i n l ys t u d yt h ec o l l e c t i v eo s c i l l a t i o no ft h er e l a t i v i s t i ce l e c t r o n sr e s u l t i n gf r o mt h ee l e c t r o m a g n e t i ci n t e r a c t i o n s C o n s e q u e n t l y , w ed e r i v et h ef r e q u e n c yo ft h eh i g h t e m p
12、e r a t u r ep l a s m aa n dt h e “D e b y el e n g t h ”w i t hr e l a t i v i s t i cm o d i f i c a t i o n S e c o n d l y , c o n s i d e r i n gt h eC o u l o m b h y d r o d y n a m i ce x p l o s i o ni n d u c e db yt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nad e u t e r i u mc l u s t e rt a
13、r g e ta n du l t r a - i n t e n s i t yf e m t o s e c o n dl a s e r ,t h em e c h a n i s mw h i c hg e n e r a t e se n e r g e t i cd e u t e r i u mn u c l e if o rt h ef u s i o nh a sb e e na n a l y z e d T h ef o r m u l a sf o re x p a n s i o n so fd e u t e r i u mi o nc l u s t e r ,
14、w h i c ha r ed r i v e nb yC o u l o m b h y d r o d y n a m i ce x p l o s i o n ，a r ep r o p o s e d ；a n dh e n c et h ek i n e t i ce n e r g i e so fd e u t e r i u mn u c l e i ，t h ee x p a n s i o nt i m ea n de x p l o d i n ge f f i c i e n c yo fd e u t e r i u mi o nc l u s t e rh a v
15、eb e e ne s t i m a t e d F i n a l l y , i nm u o n - c a t a l y e df u s i o n ，t h ei n f l u e n c eo fl a s e rf i e l d so n “j H em u o n i e a t o mi o n i z a t i o ni ss t u d i e d T h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ：( 1 ) T h ec o l l e c t i v eb e h a v i o ro fr e l a t i
16、 v i s t i ce l e c t r o n si nt h eh o tp l a s m a ( a ) F o rt h er e l a t i v i s t i cp l a s m a , h o wt of i xt h eL o r e n t zf a c t o ro fp a r t i c l e si nt h es y s t e mi sa ni m p o r t a n tp r o b l e m w er e s o l v et h i sp r o b l e mb yd e m o n s t r a t i n gt h ee x a c tr e l a t i o nb e t w e e na v e r a g eL o r e n t zf a c t o ra n dt e m p e r a t u r ei n r e l a t i v i s t i cp l a s m a s Ar a t h e rs i m p l er e l
