国防科学技术大学理学院, 湖南 长沙 410073
利用激光与等离子体相互作用产生超强太赫兹辐射的研究成为国内外研究的热点。基于Smith 提出的线形天线辐射理论，对超强超短激光脉冲驱动天线靶产生太赫兹的辐射特性进行研究，建立了完备的辐射空间分布和频谱空间分布表达式。利用激光脉冲长度与天线长度的比值对辐射场分布的影响，讨论了固定天线长度时的最佳激光脉冲长度，以及固定激光条件时，天线长度对辐射场的频谱和空间分布的调制作用。理论分析结果表明，激光脉冲长度决定了辐射频率范围，激光脉冲长度与天线长度的比值决定了辐射场峰值的方向和频谱分布，为设计合理实验方案提供理论依据。
激光技术 等离子体物理 天线 太赫兹辐射 超强激光 频谱
国防科学技术大学理学院, 湖南 长沙 410073
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。
激光光学 脉冲整形 薄膜靶 优化 粒子模拟
1 国防科学技术大学 理学院, 长沙 410073
2 中国卫星海上测控部 技术部, 江苏 江阴 214431
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳621900
4 国防科学技术大学 计算机学院, 长沙 410073
用2D3V粒子模拟程序研究了高能质子束驱动的尾波场加速电子的方案, 及其在此方案中应用背景等离子体密度的跃变致使等离子体电子自注入加速相区的可能性。粒子模拟结果显示: 密度跃变实现了电子的自注入, 并且捕获的电子束处于加速相位, 等离子体尾波场纵向电场对捕获的电子束起箍缩作用; 捕获的电子束随着传输, 表现为窄能谱分布; 同时随着密度跃变大小的增大, 可以增加等离子体电子的捕获。
质子束 粒子模拟 等离子体尾波加速 密度跃变 电子捕获 proton beam PIC simulation plasma wakefield acceleration density transition electron trapping
1 国防科学技术大学 计算机学院, 长沙410073
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
3 南京邮电大学 理学院, 南京 210046
采用单电子模型研究了不同偏振、不同强度飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射的空间分布特性。研究发现:随着激光强度的增加, 对圆偏振激光脉冲, 电子辐射的空间分布由全空间分布变为前向双叶型结构, 而对线偏振激光脉冲, 电子辐射的空间分布由类似于偶极天线辐射特性的四重对称双叶结构变为双重对称三叶型结构, 这可以为实验研究电子的辐射提供空间分布的相关依据。
空间分布 电子振荡 飞秒激光 单电子模型 spatial distribution electron oscillation femtosecond laser single electron model
1 国防科学技术大学 理学院, 长沙 410073
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
3 国防科学技术大学 计算机学院, 长沙 410073
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。
质子束 粒子模拟 束-等离子体相互作用 等离子体波 中和 proton beam PIC simulation beam-plasma interaction plasma wave neutralization
1 国防科学技术大学 理学院, 长沙 410073
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
3 国防科学技术大学 计算机学院, 长沙 410073
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。
完全匹配层 吸收边界 高斯制 粒子模拟 反射率 perfectly matched layer absorbing boundary condition Gaussian unit PIC simulation reflectivity
1 国防科学技术大学 理学院,长沙 410073
2 国防科学技术大学 计算机学院,长沙 410073
理论分析了氘氚层外表面的温差与其粗糙度间的关系;以法国兆焦激光装置LMJ为原型,利用计算流体力学程序Fluent,分别模拟了靶丸轴向偏离黑腔中心不同尺度和烧蚀层存在不同大小的非均匀厚度对氘氚层温度分布的影响,求得了这两种误差引起氘氚层厚度的非均匀度。结果表明:为了满足点火靶的要求,靶丸轴向偏离腔体中心的尺度须在8.5 μm内,烧蚀层轴向粗糙度则应控制在0.72 μm内。
惯性约束聚变 间接驱动靶 冷冻靶 氘氚层 粗糙度 均匀性 轴向偏离 ICF indirect drive target cryogenic target deuterium-tritium layer roughness uniformity axial misalignment
1 国防科学技术大学 理学院,长沙 410073
2 国防科学技术大学 计算机学院,长沙 410073
利用计算流体力学的程序Fluent,以法国的兆焦激光装置LMJ为原型,研究了惯性约束聚变间接驱动靶中黑腔内填充气体的自然对流传热效应对靶丸温度分布的影响;通过在黑腔内加入聚合薄膜,减小靶表面的温度不均匀性,得到了最佳腔体分隔模式;并在分隔成7个分区的腔体中,结合调整黑腔壁上下冷却环的温度,当两冷却环之间存在±0.5 mK 的温差时,使得靶丸表面的温度均匀性最终能够满足聚变的要求。
冷冻靶 间接驱动 自然对流 分隔模式 cryogenic target indirect drive natural convection division mode
1 国防科学技术大学,理学院,湖南,长沙,410073
2 国防科学技术大学,计算机学院,湖南,长沙,410073
用2.5维粒子模拟程序模拟了超强激光与等离子体的相互作用过程,发现超强激光可以通过J×B加热机制加速电子并引起电荷分离,从而产生很强的静电场并形成电场势阱,电子在静电场势阱中振荡,被多次加速,使得高速电子被甩出势阱,进而增强电荷分离,然后静电场结构被破坏,静电势能传给电子.在此过程中,电子在此阱中作局域振荡,并且被J×B机制多次加速,激光的能量会有效地传给电子,使电子能量高达10MeV.这是一种新的电子加热机制,称之为局域振荡电子加热机制。
激光等离子体相互作用 粒子模拟 电子加速 局域振荡 Laser plasma interaction Particle simulation Electron acceleration Local oscillating
1 国防科学技术大学计算机学院,湖南长沙,410073
2 国防科学技术大学理学院,湖南长沙,410073
介绍了自行研制的全电磁柱坐标粒子模拟程序的电流分配方法和金属爆炸电子发射边界的模拟实现,该电流分配方法满足电荷电流连续性方程,避免了繁琐的泊松修正,适用于复杂边界物理问题的模拟研究.基于此电流分配方法的基础上,给出了建立在高斯定理基础上的简单且易于程序实现的阴极发射边界算法.利用该程序对平面二极管电子发射现象的模拟结果证明了算法的正确性.
粒子模拟 电流分配方法 爆炸电子发射 电荷电流连续性方程 Particle-in-cell simulation Current density algorithm Explosion electron emission Charge and current continuity equation 强激光与粒子束
2003, 15(11): 1068
