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

论文题目: 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

论文类型: 博士论文

论文专业: 无线电物理

作者: 安伟科

导师: 邱锡钧

关键词: 高温等离子体,相对论性电子,集体振动,超强脉冲激光,团簇,电离,催化核聚变,子粘附

文献来源: 上海大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文首先在理论上研究了高温等离子体中相对论性电子的动力学行为。研究了对于相对论性等离子体,如何测定粒子的洛仑兹因子γ的问题。通过理论分析,把高温等离子体中相对论性电子的密度函数划分为集体和个体部分,我们主要研究集体部分,得到了具有相对论修正的等离子体频率和“德拜长度”。随后,我们研究了飞秒激光脉冲加热氘团簇引发核聚变的机理。通过分析氘团簇与强激光相互作用时的膨胀过程,我们提出了团簇双重膨胀的机制,即团簇依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氘核的能量以及氘离子团簇的爆炸效率。最后,我们研究了μ子催化核聚变中强脉冲激光对介原子μ~3He的电离。 论文主要包括以以下三部分内容及创新性结果: 一、高温等离子体中相对论性电子的动力学行为。(1) 对于相对论性等离子体,如何测定粒子的洛仑兹因子γ,这是一个有趣的问题。我们根据相对论性麦克斯韦分布律,得到电子的平均洛仑兹因子<γ>与可测量的物理量—系统温度的严格关系式;并且在极端相对论的情况下,我们获得了一个类似的简洁关系式。(2) 通过引入李纳——维谢尔相对论性电磁势来描述相对论性电子产生的场,然后由密度函数把相互作用下的多电子系统划分为集体部分和个体部分,进而着重对集体部分进行研究得到了相对论性修正的高温等离子体的振动频率和“德拜长度”。我们的结果表明:不同于通常低温等离子体的情况(密度固定,振动频率也就固定了),高温等离子体的振动频率会随着其温度的变化而变化。随着等离子体温度的上升,电子的运动速度加快,洛仑兹因子逐渐增加,使得高温等离子体的振动频率随之减小,而德拜长度则逐渐增大。并且,等离子体温度越高,这种变化越明显。(3) 我们研究了快电子束在高温等离子体中传输时,由于电子集体振动的激发而导致的能量损失。理论结果表明:相对论性修正的集体激发引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

论文目录:

第一章 绪论

1.1 研究背景、国内外现状及发展

1.1.1 超强短脉冲激光与高温等离子体

1.1.2 飞秒强激光与团簇的相互作用

1.1.3 μ子催化核聚变

1.2 本论文的主要工作

1.2.1 相对论性等离子体中平均洛仑兹因子与温度的关系

1.2.2 高温等离子体的振动频率、相对论性电子集体振动引起的能量损失

1.2.3 飞秒激光与团簇相互作用时电子迁移的机制

1.2.4 强激光脉冲与氘团簇相互作用时产生核聚变的机理

1.2.5 μ子催化核聚变中激光对μ-He介原子电离行为的研究

第二章 高温等离子体中电子运动的集体描述

2.1 高温等离子体中平均洛伦兹因子与温度的关系

2.1.1 相对论性等离子体

2.1.2 极端相对论性等离子体

2.2 高温等离子体中电子间的相互作用

2.2.1 电子间的库仑相互作用

2.2.2 电子间的洛伦兹力

2.3 在库仑力作用下电子行为的集体描述

2.3.1 当(?)足够小

2.3.2 当(?)处于中等大小值时

2.4 快电子束在高温等离子体中的能量损失

第三章 飞秒激光脉冲加热氘团簇引发核聚变

3.1 强激光场与团簇的相互作用

3.1.1 电离机制

3.1.2 强激光场下团簇的加热机制

3.1.3 电子从团簇内的逃逸机制

3.1.4 团簇内自由电子的迁移

3.1.5 团簇的膨胀机制

3.2 强激光场中氘团簇膨胀引发核聚变

3.2.1 台式激光核聚变

3.2.2 强激光场中氘团簇引发核聚变的双重膨胀机制

第四章 μ子催化核聚变中强脉冲激光对介原子μ~3He的电离

4.1 单色激光场对介原子μ~3He的作用

4.1.1 理论模型

4.1.2 数值计算

4.1.3 计算结果

4.2 介原子μ~3He在双色激光场中增强电离的行为

4.2.1 基频激光强度对介原子μ~3He的电离率的影响

4.2.2 基频和倍频间的相对相位对介原子μ~3He的电离率的影响

4.3 讨论

4.3.1 单色激光与介原子作用

4.3.2 双色激光与介原子作用

第五章 回顾与展望

5.1 论文工作的总结

5.2 待解决的问题与对未来的展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文

发布时间: 2005-09-16

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