激光等离子体自生磁场重联过程研究

发布时间：2020-07-18 21:23

【摘要】：实现受控核聚变将其能量加以利用,就要求我们必须对磁约束的条件和对等离子体加热的方法进行改进。等离子体物理学如今已经成为内容丰富的一门新的物理学科,其中激光等离子体物理是近三四十年内最新形成且发展迅速的一个分支。利用高能量高功率密度的激光与固体靶相互作用,致使靶物质被激光加热,最终被电离为KeV量级的温度的高温等离子体状态。由于强激光与等离子体相互作用而产生的高能电子会引起靶丸内部产生各向异性的超高压强,导致靶面形变,造成压缩失败。因此直接驱动惯性约束聚变的实现需要对靶丸进行严格的对称压缩,以达到自持热核反应(点火)所需条件。但驱动激光辐照的均匀性以及靶丸物理特征的对称性等初始条件若存在缺陷,就会被流体力学不稳定性等机制快速放大,严重影响对靶丸的对称压缩效果,导致点火失败。除了初始条件对靶的对称压缩影响外,激光与物质相互作用导致的靶丸特征不均匀也会破坏压缩过程。此外,我们对广义欧姆定律进行分析,对其中的电子压强张量项的研究,有利于我们进一步加深对磁场重联的理解和认识。在磁场重联过程中,由于电流片中储存的磁自由能被释放了出来,等离子体的动能和热能就是由这些被释放出来的磁自由能转换而来的,从而进一步促进了对等离子体的加速和加热的效果。对于无碰撞磁场重联的研究工作,是近十几年来从重联理论中发展起来的一个新的研究方向。由于计算机数值模拟使无碰撞磁场重联得以提出,之后因为大量的观测数据以及实验数据的存在,无碰撞磁场重联理论从而被证实是可靠的。本论文首先简要介绍了关于等离子体的相关知识以及一维粒子模拟程序,其次是对广义欧姆定律进行理论推导,根据分析广义欧姆定律中电子压强张量项对重联的影响和作用,利用一维粒子模拟程序,对激光与等离子体相互作用过程中产生的高能电子以及其引起的高密区域内各向异性压强的特征进行了模拟研究。以及在存在背景磁场条件下,高密区域内各向异性压强的特征,为进一步加深对磁场重联的理解奠定基础。
【学位授予单位】：鲁东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O53
【图文】：

温度区域,等离子体密度,等离子体

图 2.2 等离子体密度区域、温度区域划分离子体；2.电离层；3.日冕；4.气体放电等离子体；5.激光热核实验热核实验等离子体；7.激光热核反应堆；8.准稳热核反应堆判据在的一种状态，在等离子体中必须要求在空间尺度间尺度上要远大于等离子体的响应时间τp。此时，体相互作用过程，从宏观上来说，等离子体内正负准中性条件。此时对于德拜长度λD的导出要使用体分析，我们可以定义电离气体成为等离子体所必须为：空间尺度 LL λD l，λD=kTeε0nee212(2.9)

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c t，可得 t( × emec) × [ × ( × emec)] = 0 (2.20)这个方程有一个特解 × =emec(2.21)将(2.18)式带入到(2.15)式中，将无磁场项的电子运动方程表示为下面的形式 t+12 e2+eme+γeTemene ne= 0 (2.22)因为上式中的磁场项与流体方程中的流体非线性项中的一部分相互抵消，不是因其较小被舍去的。2.3 等离子体粒子模拟2.3.1 粒子模拟方法

电荷分布,电荷分布,二维

鲁东大学硕士学位论文是容易受到多束流不稳定性失真的干扰[26-28]。最早的（已知的作者）等离子体模拟是在斯坦福大学用粒子—网格耦合方法。一维体系的等离子体粒子在一个网格上的坐标 x,v，场ρ,E。粒子电荷与最近邻的格点(NGP)有关，粒子力来自于在格点的电场。到 1964 年，斯坦福大学创造的快速准确的二维泊松求解程序，由一般化达到了二维合理化。紧随其后，应用到了真空电子和等离子体物理中。不久之后，另一个小组开始用粒子和场的平滑耦合，其伴随着两个可见的推动（图 2.4）。CIC 和 PIC 在数字上有相同的粒子网格权重，也就是双线性插值。对物理结果重要的是最终的加权结果而不是启发式推动。这些被称为线性 B 样条插值。在接下来的几年里，高阶 B 样条插值经常被用[29-32]。

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