不均匀等离子体中电磁波与朗缪尔波的相互作用.ppt

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1、不均匀等离子体中电磁波与朗缪尔波的相互作用四川大学周磊引言电磁波与朗缪尔波在不均匀等离子体中的相互作用于60年代由Ginzberg已经初步阐述,并经过Means,Denise,盛政明等人加以发展.历史资料表明：在临界密度附近,电磁波与朗缪尔波能够相互转换,转换效率与等离子体密度标长,入射角度以及入射朗缪尔波波的频率有关，最高转换效率约为50%.而在小尺度的高温等离子体中,共振吸收是反常吸收的主要机制，其产生的等离子体波会通过朗道阻尼产生能量很高的超热电子,它对激光聚变是有害的.因此要想办法降低反常吸收（主要是共振吸收）的效率，减少超热电子的产生来提高激

2、光聚变的效率．在基于等离子体产生电磁辐射、等离子体诊断技术以及激光聚变等方面的研究，我们非常关心电磁波与朗缪尔波相互作用过程及机制。数值计算及电磁波波矢的变化为了研究相互作用问题,我们选取一个密度线性增加的等离子体模型:初始密度n0=2*1016m-3,临界密度nc=5*1016m-3,等离子体温度Te=1.3eV,n0到nc的距离为2m,均匀等离子体到不均匀等离子体分界面电磁波入射角为15度.左图为电磁波在等离子体中传播,X<0为均匀等离子体,X>0为密度线性增长的不均匀等离子体,XT,XL分别是电磁波与朗缪尔波的反射点,X0为临界密度点(电磁波频率

3、等于当地等离子体频率)X=0在不均匀密度空间的波动方程三个异常点：朗谬尔波的转换点，横波的转换点，两波相互作用的临界点（上图）。最简单的方法是用合适的边界条件解出上述方程组的数值解。这儿描述的情况可用于两种问题。第一种情况，我们从x=－∞入射一个P极化横波，它在XT点开始反射，到X0点以朗谬尔波的形式完全反射。第二种情况则颠倒过来。每种情况都包括了三个波：一个入射波（横波或者朗谬尔波），两个反射波（横波和郎谬尔波）。电磁波转化为朗缪尔波就第一种情况而言，通过数值求解上述方程组可以发现并且在XT点快速增长，这也是符合物理的，因为：入射到层上的电磁波引起等

4、离子体震荡，因为有热运动，所以会形成朗缪尔波。电磁波传播矢量的变化左图为斜入射电磁波波在不均匀等离子体中传播的波矢量Kt随X轴的变化.实部(蓝线)逐步下降为零(反射点),虚部在反射点之前为零表明没有衰减(无碰撞)ktx由波矢量Kt的变化可以看出电磁波在小于临界密度点(W=Wp)时就已经开始反射(即反射点XT).在反射点之后电磁波开始以指数形式衰减。而朗缪尔波则以指数形式增长。要满足同步条件即在附近，电磁波与朗缪尔波才能相互作用。且同步条件也不是两波相互作用的唯一条件，两种波在X方向上的波矢量必须为虚数才能有能量的交换。可见，电磁波在反射点XT就已经开始

5、逐步转化为朗缪尔波并以当地等离子体震荡频率反射，并随着向W=Wp点靠近等离子体波的振幅增加朗缪尔波转换成电磁波就第二种情况而言，通过数值求解上述方程组可以发现，并且在XL点开始快速增长，因为：入射到层上的朗缪尔波引发电磁震荡，形成电磁波，不再是纯的朗缪尔波当朗缪尔波斜入射不均匀等离子体在XL点反射时,其X方向波矢量KL为零,即EX为零,得即朗缪尔波不能再往X方向传播在反射点之后，朗缪尔波以指数形式衰减，电磁波以指数形式增长。可见，朗缪尔波在反射点XT就已经开始逐步转化为电磁波并以当地等离子体震荡频率反射，并随着向W=Wp点靠近电磁波的振幅增加