等離子體激波結(jié)構(gòu)與非線性極化率對(duì)參量過程的影響.pdf

1、本論文分兩個(gè)部分，第一部分討論的是在理想等離子體中激波層的結(jié)構(gòu)和特性。第二部分討論的是強(qiáng)激光在部分剝離等離子體中發(fā)生的參量過程。第一部分對(duì)于穩(wěn)態(tài)的一維非中性等離子體激波波前的特性，結(jié)構(gòu)以及其上下游躍變條件進(jìn)行了深入研究。在這部分中我們采用Naiver-Stokes雙流體方程來描述電子和離子流體。并通過泊松方程來自恰地描述由于電子流體和離子流體的行為不同而產(chǎn)生非中性激波中的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)。首先我們利用各種流體量的守恒條件，給出了質(zhì)量流、動(dòng)量流和

2、能量流在上、下游的連接條件，或稱躍變關(guān)系(即雨貢尼奧關(guān)系)。其次，我們通過數(shù)值解雙流體方程和泊松方程的耦合方程組，從宏觀特性來看，非中性等離子體激波和中性的等離子體激波有著明顯區(qū)別。首先，非中性激波下游的流速，溫度等物理量除了對(duì)上游流速和溫度的依賴外，還依賴于通過激波的電流及上下游的電勢(shì)差，同時(shí)在能流躍變條件項(xiàng)里多了一個(gè)附加項(xiàng)，該項(xiàng)同樣也依賴于通過激波的電流及上下游的電勢(shì)差。另外非中性等離子體激波存在一個(gè)上游臨界馬赫數(shù)，只有當(dāng)上游流速大

3、于臨界馬赫數(shù)時(shí)，等離子體激波才可能存在。這個(gè)臨界馬赫數(shù)依賴于激波中的電流和離子的電荷數(shù)，一般情況下其都大于1(即中性等離子體激波產(chǎn)生的臨界馬赫數(shù))。從微觀上看，激波中的自生電場(chǎng)起到一個(gè)恢復(fù)力的作用，其總是趨于阻止離子的擴(kuò)散。這是因?yàn)樵诩げǖ拈_始階段，離子向下游移動(dòng)要比電子快[，這就出現(xiàn)了電荷分離，從而就形成了一個(gè)方向指向上游的電場(chǎng).這個(gè)電場(chǎng)反過來又阻礙離子向前運(yùn)動(dòng)，但卻加速電子向前運(yùn)動(dòng)，從而最終形成了雙極運(yùn)動(dòng)。如果沒有碰撞耗散的話，這種

4、機(jī)制將會(huì)產(chǎn)生靜電震蕩.但如果考慮離子電子粘滯和熱導(dǎo)效應(yīng)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有如同中性氣體和中性等離子體中一樣的激波出現(xiàn). 我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流體中加較小的負(fù)向電流時(shí)(方向從下游指向上游)，它會(huì)加強(qiáng)激波中由于電荷分離形成電場(chǎng)，使離子運(yùn)動(dòng)的受阻增強(qiáng)，從而削弱了激波的強(qiáng)度.反之若加入小的正向電流，則激波的強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng).但如果外加電流很大時(shí)，相應(yīng)的擴(kuò)散效應(yīng)將變得不重要，這時(shí)無論是正向還是反向電流都會(huì)大大地削弱激波的形成. 我們還發(fā)現(xiàn)上游的德拜長(zhǎng)度

5、與馬赫數(shù)之比λDe/M1，會(huì)對(duì)波前中自生電場(chǎng)，并通過這個(gè)電場(chǎng)對(duì)其它的電子、離子物理量的剖面有重大影響。當(dāng)?shù)掳蓍L(zhǎng)度相對(duì)于上游的離子平均自由程很小時(shí)(λDe/l1＜＜1)，電荷分離受到約束，相應(yīng)電場(chǎng)對(duì)激波的影響也很小。而當(dāng)?shù)掳蓍L(zhǎng)度和離子平均自由程相當(dāng)量級(jí)時(shí)，電場(chǎng)對(duì)激波的影響將變得很大。 在本文中，我們給出了臨界馬赫數(shù)求解公式。同時(shí)還推導(dǎo)出了激波上下游流體的速度，溫度及密度的雨貢尼奧關(guān)系。并通過數(shù)值分析，分別給出了弱激波和中等強(qiáng)度激波

6、的波前在有電流和無電流情況下，其中電子、離子流體速度、溫度、密度、空間電荷、電場(chǎng)以及電勢(shì)等物理變量對(duì)于不同的德拜長(zhǎng)度、熱流模型在激波波前(上下游間的過渡區(qū))的空間分布(或稱結(jié)構(gòu)、剖面)。前者可以稱為激波的宏觀性質(zhì)，后者可以稱為激波的微觀性質(zhì)。 第二部分中所討論的參量過程主要對(duì)泵波產(chǎn)生較大影響的受激拉曼散射(SRS)和受激布里淵散射(SBS)。通過將波動(dòng)方程與等離子體雙流體方程耦合后導(dǎo)出了它們所滿足的模耦合方程組。從而可定量地討論

7、非線性極化率對(duì)這兩個(gè)參量過程非線性演化的影響。首先，本文估算了在各種射激光強(qiáng)度下、非線性極化率的大小以及它們對(duì)SRS、SBS線線性增長(zhǎng)率的影響。而后，再通過數(shù)值分析，計(jì)算了入射激光強(qiáng)度、非線性極化率對(duì)SRS、SBS非線性增長(zhǎng)率的影響。計(jì)算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，非線性的三階極化率對(duì)SRS和SBS都有明顯的遏制作用，特別是對(duì)SBS過程的遏制作用更為顯著。甚至當(dāng)三階極化率增大到某一值時(shí)，這兩種過程都可以基本被完全抑制。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在有非線性三階極化率的