有质动力和静电分离场对激光等离子体流体力学状态的影响

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1、第*%卷第$期$""*年$月物理学报HIJ1*%，=I1$，KLM3N43O，$""*!"""(8$&",$""*,*（%"$）,"#!$("’AB9ACDEFGBAFG=GBA"$""*BPQR1CPO01FI-1"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""有质动力和静电分离场对激光等离子体流体力学状态的影响!苍宇鲁欣武慧春张杰（中国科学院物理研究所光物理重点实验室，北京!"""#"）（$""%年%月&日收到；$""%年’月!&日收到修改稿）利用建立在欧拉坐标系上的一维电子(离子双流双温流体力学程序，

2、模拟了超短脉冲强激光（!)!"!*$，+,-.!*"/0）与线性密度梯度等离子体相互作用的流体力学过程1模拟结果显示，入射激光与临界密度面的反射光叠加，在临界密度以下区域形成局域驻波，产生的强有质动力在低密区驱动电子形成周期性密度结构———23455光栅，激光的反射被增强1临界密度处有质动力将等离子体分成向内和向外运动的两部分1由于离子所受的有质动力和热压强的梯度力远小于电子，体系产生了强静电分离场，离子的运动主要由该静电分离场决定1对双流双温模型和单流双温模型的模拟结果进行了比较1当有质动力和热压强梯度力较大时，两种模型对等离子体流体力学状态的描述有明显差异，单流双温模型无法描述此

3、时的流体力学状态1关键词：有质动力，密度调制，双流双温流体力学模型，单流模型!"##：*$*"6，*$’*，%7’*两个流体，分别求解各自的动力学方程1所谓双温!;引言模型是指能量求解上，将电子和离子作为碰撞交换能量的两个体系分别求解其能量守恒方程1研究超短脉冲强激光与等离子体的相互作用，与长脉冲激光不同，超短超强脉冲激光在时间［!］［$］［8］对惯性约束核聚变，<射线激光以及电子加速上和空间上的变化都很剧烈，因此与等离子体相互等许多研究领域有重要的意义1它是一个复杂的，作用中会产生极强的有质动力1有质动力是激光场高度非线性的过程，涉及的物理过程包括激光在等$强（!）的空间梯度力，推

4、动带电粒子向激光场强低离子体中的传播和吸收，电子热传导，流体力学运#$!$的方向运动，其表达式为"=>?@$!（%），其动，激光到<射线的转换和辐射输运等1与不同强%$!度，脉宽，波长的激光相互作用的性质差异很大1对中!为激光频率1电子在其作用下，横向上被沿径于这样一个复杂体系，有许多问题不能简单通过解向排开，由此导致光束的有质动力自聚焦；纵向上分析求解，必须借助于计算机数值模拟1流体力学模别在激光的上升沿和下降沿被施予前向和向后的推拟是常用的研究手段之一1通过流体模拟，可以得力1由有质动力表达式可见，离子因为质量大（质子到等离子体的速度，密度和温度等物理参数，为实验质量,电子质量?

5、!#8’），所受的有质动力远小于电提供有参考价值的理论指导1在所有等离子体构形子，因此与电子之间会产生很强的静电分离场1该中，线性密度等离子体最简单，因此研究与线性密度静电分离场驱动离子向激光场强低的方向运动1等离子体的相互作用是基础1等离子体与激光相互作用中，电子所受到的另描述等离子体行为的流体力学模型主要有单流一个强作用力是热压强的梯度力1临界密度附近，双温模型和双流双温模型两种1两者的区别在于，电子高效地吸收激光的能量，电子温度迅速升高，并单流模型建立在准电中性假设上，即认为电子和离向两侧的低温区域产生了很强的热压强的梯度力，子速度相同，视为一个流体，而双流模型将它们作为推动电

6、子迅速向两侧运动1离子不能直接吸收激光!国家自然科学基金（批准号：!"87%!!%，!"!"*"!%，!"87%!!*，!"!7’"8%，9:!&&&"7*$"8(%）和国家高科技惯性约束聚变基金资助的课题1#期苍宇等：有质动力和静电分离场对激光等离子体流体力学状态的影响8-5能量，只能靠与电子相互碰撞间接得到能量，在短脉，%，"分别为质量密度，粒子数密度和速度!由动!冲作用期间基本未被加热，所以热压强的梯度力很量守恒方程（#.，0）可见，粒子所受外力包括热压强小!这样电中性又被破坏，产生强静电分离场!该的梯度力"$)，/1"#，静电力，碰撞力（"为碰撞频率）静电分离场驱动离子随电子

7、向电子温度低的区域和有质动力(34，其中$)，/+%)，/+,)，/，+为玻尔兹曼运动!常数，,为温度；电子所受的有质动力)/为了研究超短脉冲强激光与线性密度梯度等离##-"（’#2/）子体相互作用中有质动力、热压强的梯度力，以及它(34)+,8#"#，们引起的静电分离场对电子和离子的流体力学状态’#2/#’###其中$为激光的能流密度（’#，/为光的影响，本文利用建立在欧拉坐标系上的一维双流8#8#［"］双温模型进行模拟，并与欧拉坐标系下的单流双场和磁场