強(qiáng)激光與固體靶相互作用中的能量吸收及轉(zhuǎn)化研究.pdf

1、隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，強(qiáng)激光與固體靶相互作用呈現(xiàn)出越來越多的應(yīng)用前景：如高次諧波發(fā)射、等離子體粒子加速、以及高能電子產(chǎn)生等。在這些應(yīng)用中，一個(gè)首要的問題就是激光能量的吸收。此外，強(qiáng)激光與固體靶相互作用產(chǎn)生強(qiáng)X射線源近來也因其潛在的應(yīng)用價(jià)值而受到廣泛關(guān)注，如高級(jí)印刷術(shù)、X射線背光照相、高能量密度物理以及慣性約束聚變(ICF)等。在這些應(yīng)用中，如何有效提高激光-X射線轉(zhuǎn)化效率是人們關(guān)注的重點(diǎn)。本文以激光慣性約束聚變?yōu)橹饕尘?，針?duì)強(qiáng)激光與

2、固體靶相互作用中的激光能量吸收及轉(zhuǎn)化過程，結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬方法，主要開展了以下工作：
　　首先，研究了強(qiáng)激光與固體靶相互作用過程中激光共振吸收與真空加熱的轉(zhuǎn)化過渡機(jī)制。我們建立了一個(gè)自洽包含兩種不同能量吸收機(jī)制的解析理論模型。研究表明，共振吸收即使在相對(duì)論強(qiáng)度的激光條件下也可出現(xiàn)，而真空加熱則主要在小等離子體密度標(biāo)長(zhǎng)及強(qiáng)激光光強(qiáng)條件下起主導(dǎo)作用。模型闡明了兩種機(jī)制間的轉(zhuǎn)化過渡機(jī)理，并對(duì)比分析了兩種吸收機(jī)制在最大吸收系數(shù)及吸收

3、角分布方面的異同。
　　其次，研究了電子密度陡化振蕩效應(yīng)對(duì)激光能量吸收的影響。主要考察強(qiáng)激光光壓產(chǎn)生的電子密度壓縮陡化效應(yīng)與電子-等離子體交界面的振蕩效應(yīng)對(duì)現(xiàn)有激光吸收機(jī)制的影響，導(dǎo)出了電子密度陡化效應(yīng)關(guān)于激光強(qiáng)度和初始等離子體密度的定標(biāo)率，獲得了激光能量吸收系數(shù)隨時(shí)間振蕩的演化圖像。研究表明，電子密度壓縮陡化效應(yīng)將在一定程度上降低激光能量吸收。P極化激光的能量吸收系數(shù)將隨時(shí)間作基頻振蕩，而S極化激光的能量吸收系數(shù)將隨時(shí)間作二倍頻

4、振蕩。理論結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，證明了我們所構(gòu)建的模型的有效性。
　　再次，完成了MULTI-2D程序全新激光折射、反射模塊Ray_Tracing的開發(fā)。我們?cè)敿?xì)闡述了MULTI-2D程序的基本物理模型和數(shù)值算法，并重點(diǎn)介紹了新Ray_Tracing模塊的物理建模、基本架構(gòu)及典型驗(yàn)證算例。相比于原程序中較為粗糙的激光射線追蹤近似方法，新的模塊可以很好地處理激光射線的折射與反射過程，極大的增強(qiáng)了程序的模擬能力及適用范圍。

5、>　　然后，基于輻射流體力學(xué)程序MULTI-2D，針對(duì)局部整體點(diǎn)火靶模型中的等離子體密度分布演化問題開展了理論和數(shù)值模擬研究。我們系統(tǒng)考察了錐靶幾何構(gòu)型參數(shù)和注入激光參數(shù)對(duì)產(chǎn)生等離子體密度分布的影響，并將新的MULTI-2D激光折射、反射模塊應(yīng)用于局部整體點(diǎn)火靶模型中，獲得了激光與錐靶相互作用中的激光能量沉積及各能量項(xiàng)占比隨時(shí)間演化規(guī)律，探索了有效抑制等離子體噴濺，延長(zhǎng)黑腔堵口發(fā)生時(shí)間的方案。
　　最后，提出了一個(gè)全新的雙層金靶構(gòu)