第二节激光与等离子体相互作用.pptVIP

激光在等离子体中的吸收机制：正常吸收+反常吸收等离子体通过多种机制吸收在其中传播的激光能量，使自己的温度升高，电离度增大。正常吸收：即逆韧致吸收，电子在激光电场作用下发生高频振荡，并且以一定概率与粒子（主要是离子）相碰撞，把能量交给比较重的粒子（离子和原子），从而使等离子体升温的过程。第30页，共84页，星期日，2025年，2月5日激光在等离子体中的吸收逆韧致吸收----等离子体吸收激光能量的重要机制逆韧致吸收：又分为线性吸收（电子速度为marxwell分布及非线性（电子速度分布与激光电场有关）。非线性逆韧致吸收发生在激光强度足够高时。第31页，共84页，星期日，2025年，2月5日激光在等离子体中的吸收反常吸收非碰撞机制，使激光能量转化为等离子体波能量的过程。这些波所携带的能量通过各种耗散机制转化为等离子体热能，也会使等离子体升温。反常吸收分共振吸收和多种非线性参量不稳定性产生的吸收两类共振吸收：在临界面附近将P极化激光束的能量转化为电子Langmuir波能量参量不稳定性：可视为激光能量衰变成其它波的过程，包括不同的于激光频率的电磁波（散射）第32页，共84页，星期日，2025年，2月5日激光在等离子体中的吸收各种机制相互竞争和耦合对于短波长激光，碰撞吸收是主要的，它抑制了其它吸收过程第33页，共84页，星期日，2025年，2月5日经典的两体碰撞理论：受外场作用的自由电子将具有加速度并能发射和吸收电磁波。忽视离子的能量变化，由动量守恒、能量守恒可得等效吸收系数：和激光频率的平方成反比---波长的平方成正比？？和等离子体温度的3/2次方成反比激光吸收和等离子体密度的平方成正比激光在等离子体中的吸收线性逆韧致吸收[1]第34页，共84页，星期日，2025年，2月5日激光在等离子体中的吸收线性逆韧致吸收等效吸收系数为：将：代入：由于激光吸收系数近似和波长平方成反比第35页，共84页，星期日，2025年，2月5日激光在等离子体中的吸收线性逆韧致吸收短波长激光，临界密度大，即激光可以传播到更高等离子体密度的地方，导致更多吸收—距离远第36页，共84页，星期日，2025年，2月5日激光在等离子体中的吸收线性逆韧致吸收考虑量子效应和多体碰撞，Dawson等计算得线性吸收系数为:与等离子体温度有关第37页，共84页，星期日，2025年，2月5日激光在等离子体中的吸收线性逆韧致吸收逆韧致吸收和靶物质及其电离度、激光波长、等离子体的温度有较敏感的关系。实验和数值模拟表明Te随激光强度而增加，随波长的减小而减小第38页，共84页，星期日，2025年，2月5日应该考虑集体效应韧致过程的量子统计研究韧致过程是在电子碰撞过程中产生的。在等离子体中每一个带电粒子都会受到周围其他带电粒子的屏蔽，从而影响了这一过程。韧致过程中发射或吸收的电磁波还必须满足等离子体中的横波色散关系J.M.Dawson考虑了电子屏蔽问题常铁强等考虑了离子屏蔽问题但是，忽略了动量的二次项经典近似，都存在库仑长程力引起的积分发散问题。处理办法：取一个适当的最小碰撞距离。高能电子，取电子的DeBroglie波长hmev,低能电子则取电子动能和其在库仑场中势能相等时相应的碰撞距离还应该考虑量子效应第39页，共84页，星期日，2025年，2月5日韧致过程的量子统计研究常铁强等从量子统计出发，采用Fermi－Dirac分布函数代替Maxwell分布，对等离子体的韧致辐射作了细致研究。包含了电子屏蔽、离子屏蔽，消除了积分的发散。参考文献1对于高功率激光产生的等离子体，温度高而密度低，电子的DeBroglie波长比电子平均距离小很多，此时量子效应不重要第40页，共84页，星期日，2025年，2月5日考虑集体效应的韧致过程f1短波长激光能够大大提高激光逆韧致吸收效率，由于集体效应的影响，即使波长再短，吸收效率也不会达到1第41页，共84页，星期日，2025年，2月5日考虑集体效应的韧致过程集体效应总使电子和离子间库仑力减小，从而减小了加速度等离子体温度越高，集体效应影响越大激光波长越短，集体效应影响越大屏蔽效应的影响基本来自电子屏蔽第42页，共84页，星期日，2025年，2月5日非线性逆韧致吸收前面的讨论一直假定电子的速度分布符合Maxwell分布，即由电子的温度决定当激光足够强时，电子的振荡速度会超过电子热速度，此时电子速度分布就会和电场有关，变成非线性逆韧致吸收当激光足够强时，其电场可以和原子核产生的电场相比时，还会发生多光子过程非线性逆韧致吸收系数大大偏离线性吸收系数，但在激光核聚变的范围内，不会有重要偏离。非线性逆韧致吸收系数