強激光與固體靶相互作用中的能量吸收及轉(zhuǎn)化研究.pdf

1、隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，強激光與固體靶相互作用呈現(xiàn)出越來越多的應用前景：如高次諧波發(fā)射、等離子體粒子加速、以及高能電子產(chǎn)生等。在這些應用中，一個首要的問題就是激光能量的吸收。此外，強激光與固體靶相互作用產(chǎn)生強X射線源近來也因其潛在的應用價值而受到廣泛關(guān)注，如高級印刷術(shù)、X射線背光照相、高能量密度物理以及慣性約束聚變(ICF)等。在這些應用中，如何有效提高激光-X射線轉(zhuǎn)化效率是人們關(guān)注的重點。本文以激光慣性約束聚變?yōu)橹饕尘埃槍娂す馀c

2、固體靶相互作用中的激光能量吸收及轉(zhuǎn)化過程，結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬方法，主要開展了以下工作：
　　首先，研究了強激光與固體靶相互作用過程中激光共振吸收與真空加熱的轉(zhuǎn)化過渡機制。我們建立了一個自洽包含兩種不同能量吸收機制的解析理論模型。研究表明，共振吸收即使在相對論強度的激光條件下也可出現(xiàn)，而真空加熱則主要在小等離子體密度標長及強激光光強條件下起主導作用。模型闡明了兩種機制間的轉(zhuǎn)化過渡機理，并對比分析了兩種吸收機制在最大吸收系數(shù)及吸收

3、角分布方面的異同。
　　其次，研究了電子密度陡化振蕩效應對激光能量吸收的影響。主要考察強激光光壓產(chǎn)生的電子密度壓縮陡化效應與電子-等離子體交界面的振蕩效應對現(xiàn)有激光吸收機制的影響，導出了電子密度陡化效應關(guān)于激光強度和初始等離子體密度的定標率，獲得了激光能量吸收系數(shù)隨時間振蕩的演化圖像。研究表明，電子密度壓縮陡化效應將在一定程度上降低激光能量吸收。P極化激光的能量吸收系數(shù)將隨時間作基頻振蕩，而S極化激光的能量吸收系數(shù)將隨時間作二倍頻

4、振蕩。理論結(jié)果與相關(guān)實驗結(jié)果吻合較好，證明了我們所構(gòu)建的模型的有效性。
　　再次，完成了MULTI-2D程序全新激光折射、反射模塊Ray_Tracing的開發(fā)。我們詳細闡述了MULTI-2D程序的基本物理模型和數(shù)值算法，并重點介紹了新Ray_Tracing模塊的物理建模、基本架構(gòu)及典型驗證算例。相比于原程序中較為粗糙的激光射線追蹤近似方法，新的模塊可以很好地處理激光射線的折射與反射過程，極大的增強了程序的模擬能力及適用范圍。

5、>　　然后，基于輻射流體力學程序MULTI-2D，針對局部整體點火靶模型中的等離子體密度分布演化問題開展了理論和數(shù)值模擬研究。我們系統(tǒng)考察了錐靶幾何構(gòu)型參數(shù)和注入激光參數(shù)對產(chǎn)生等離子體密度分布的影響，并將新的MULTI-2D激光折射、反射模塊應用于局部整體點火靶模型中，獲得了激光與錐靶相互作用中的激光能量沉積及各能量項占比隨時間演化規(guī)律，探索了有效抑制等離子體噴濺，延長黑腔堵口發(fā)生時間的方案。
　　最后，提出了一個全新的雙層金靶構(gòu)