激光與固體靶相互作用中碰撞對(duì)快電子產(chǎn)生和輸運(yùn)的影響.pdf

1、在激光聚變快點(diǎn)火方案中，研究最為廣泛的為電子快點(diǎn)火，即通過電子在高密度燃料區(qū)的能量沉積形成熱斑、實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。快電子的產(chǎn)生和輸運(yùn)是快點(diǎn)火研究中的關(guān)鍵物理問題。激光與等離子體相互作用在臨界密度附近產(chǎn)生快電子束，電子束經(jīng)過幾十微米的輸運(yùn)到達(dá)高密度(～300 g/cm3)壓縮燃料區(qū)沉積能量。對(duì)于氘氚，300 g/cm3的物質(zhì)密度對(duì)應(yīng)的電子數(shù)密度為7.3×1025 cm-3。換言之，快電子的產(chǎn)生和輸運(yùn)過程經(jīng)歷的電子數(shù)密度有3至4個(gè)量級(jí)的變化。根據(jù)時(shí)

2、間尺度分析，碰撞在低密度的電子產(chǎn)生區(qū)域并不重要。但在輸運(yùn)過程中，等離子體密度是臨界密度的幾百倍、幾千倍，此時(shí)碰撞效應(yīng)將起重要作用，影響快電子束的輸運(yùn)過程?？禳c(diǎn)火方案中，用于產(chǎn)生快電子束的超強(qiáng)短脈沖激光的強(qiáng)度設(shè)想處于1019～1020 W/cm2。如此強(qiáng)的激光，其預(yù)脈沖與物質(zhì)相互作用必然會(huì)產(chǎn)生等離子體，即產(chǎn)生預(yù)等離子體。已有研究表明預(yù)等離子體對(duì)激光產(chǎn)生電子束有重要的影響。
　　本文利用一維含碰撞的粒子模擬(Particle-In-C

3、ell，PIC)，研究了碰撞效應(yīng)對(duì)快電子產(chǎn)生和輸運(yùn)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，超強(qiáng)激光與高密度等離子體相互作用過程存在明顯的兩個(gè)階段。第一階段為發(fā)展階段，在該階段碰撞效應(yīng)對(duì)快電子產(chǎn)生影響不大，電子加熱機(jī)制因激光等離子體相互作用界面不斷陡化而變化。在第二階段，快電子能流相對(duì)穩(wěn)定，碰撞效應(yīng)增加了快電子的產(chǎn)量。細(xì)致的分析表明，碰撞情況下，快電子與背景電子間的能量交換增強(qiáng)，背景電子被有效加熱，等離子體熱壓增加，導(dǎo)致激光等離子體相互作用界面難以陡化，因此可