小焦斑纳秒激光烧蚀铝靶的数值模拟.pdf

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1、中国科学技术大学丁j匕■1‘≥业．r_l_01J、v论义1lJI火一—77一_一，◆—__·一y’一，、_●a小焦斑纳秒激光烧蚀铝靶的数值模拟作者姓名：龙城德学科专业：等离子体物理导师姓名：赵斌副教授郑坚教授完成时间：二o‘四年五月十五日IIII)il))))111)lllil)111))1111III!)1)11)11111瑚Y2590119UniversityofS‘andTechnolog)ofChin；versityOtcienceandechnoloqy11InaSAdissertationformaster’SdegreeNumericaIsireulationofasm

2、alIfocalspotnanosecondlaserinteractionwithaluminumtarqet，_一中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：危垃詹签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许

3、论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。乜仫开口保密(——年)作者签名：笸拭睦签字日期：2型丝≤：∈导师签名：级堕摘要激光烧蚀固体靶演化过程的研究对于认识和理解惯性约束聚变、高能量密度物理以及天体物理中的等离子体演化行为具有重要的参考价值。人们通常采取改变入射激光的波长、脉宽、焦斑大小、能量、靶的材料和密度以及背景气体的成分和压强等手段来研究其中的物理过程，揭示其中物理规律。但是如果要细致研究具体物理机制

4、在烧蚀过程中所起的作用则需要借助辐射流体模拟程序。本论文使用芝加哥大学开发的Flash程序作为模拟工具，结合本实验室的ND：YAG激光烧蚀铝平面靶的实验，通过选取合适的激光(小焦斑长脉冲)参数，对激光烧蚀铝靶的演化过程进行了二维模拟，并较为详细的分析了其中物理过程。我们得出了以下三个主要的结论：1．激光通道上会产生等离子密度排空现象，并且这一物理现象对电子热传导较为敏感用Flash程序模拟了聚焦半径为25um，峰值强度为～1013W／cm2，波长为532n．m的激光烧蚀50岫厚的铝平面靶，通过比较不同限流因子值计算的结果并结合实验干涉法观测到的结果，我们发现激光通道上会出现等离子体密

5、度的排空现象，而且限流因子的取值越小，也即限流效应越强时，等离子体的密度排空现象越严重，对比实验结果，我们确定了模拟中限流因子的取值应为f=0．082．小焦斑纳秒光烧蚀铝平面靶会产生环状射流结构，辐射输运在形成环状射流的过程中起主导作用在模拟和实验中我们都观测到了在距离激光中心轴200pan左右会出现环状射流结构，这种结构在我们固定激光峰值功率密度改变焦斑大小的情况下依然会出现。在激光焦斑外沿，等离子体的内能通过辐射输运而损失掉，加剧了横向电子热流的非线性衰减，使得温度急剧的降低。而环状射流的形成源于从中心向外膨胀的热等离子体与焦斑外堆积的冷等离子体的碰撞。当我们关闭辐射输运项时，环

6、状射流结构将不再出现。3．激光烧蚀过程中会产生较大的自生磁场，量级为～10MG，并且随着焦斑增大自生磁场减小在程序中将温度梯度和密度梯度的叉乘作为源项计算了自生磁场的大小，发现小焦斑情况下将会产生10MG量级的自生磁场最后我们对激光参数进行了较为详细的对比分析，通过改变激光入射形式、能量的空间分布、脉冲时间等参数，对比计算得到的结果，发现激光采取以汇聚入射形式、空间分布为高斯型、激光开始时间距离峰值时刻约1．5．2倍的激光脉宽时，可以很好的模拟激光烧蚀的过程。关键词：辐射流体力学程序烧蚀辐射冷却电子热输运环状射流纳秒激光AbstractABSTRACTTheablationproce

7、ssesofalaserbeamirradiationonsolidtargetscontainabundantphysicalinformation，whichhaveimportantreferencevalueinstudyingandunderstandinginertialconfmementfusion，highenergydensityphysicsandastrophysicswhichrelatedtoplasmaevolution．Ex