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《強(qiáng)激光等離子體耦合效應(yīng)的數(shù)值模擬》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、第9卷 第3期強(qiáng)激光與粒子束Vol.9,No.31997年8月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSAug.,1997強(qiáng)激光等離子體耦合效應(yīng)的數(shù)值模擬X屠琴芬 俞漢清 陳志華(西北核技術(shù)研究所,西安69信箱15分箱,710024)12142), 摘 要 研究了高強(qiáng)度(10～10W?cm納秒脈沖(高斯型)激光與Al、CH等離子體的耦合效應(yīng)。采用一維雙溫、單流體力學(xué)方程組,數(shù)值模擬研究激光強(qiáng)度和波長(zhǎng)對(duì)靶表面能量沉積和對(duì)等離子體特征參數(shù)的影響。激光等離子體耦合的主要機(jī)制有:軔致輻射、逆軔致輻射吸收、熱擴(kuò)散和電子、離子之間碰撞能量交換。給出了電子最高溫度與
2、光強(qiáng)的近似定量關(guān)系?！ ￡P(guān)鍵詞 強(qiáng)激光 等離子體 耦合效應(yīng) 數(shù)值模擬ABSTRACTThecouplingeffectofhigh2intensitynanosecondlaserpulsewithAlorCHplasmasarestudiedusingthehydrodynamicalequationswhichareone2dimesional,double2tem2perature,single2fluid.Theeffectsoflaserintensityandwavelengthonenergydepositioninthetargetsurfaceandpl
3、asmaparametesarenumericallyinvestigated.Themainmechanismoflaserplasmacouplingincludesthefree2freebremsstrahlungemission,inversebremsstroblungabsorption,theheatdiffussionandenergyexchangebetweenelectronsandions.Theaproxi2matescalesofmaximumelectrontemperaturegiveoutwithrespecttothelaserint
4、ensity.KEYWORDShighintensitylaser,plasma,couplingeffect,numericalsimulation 對(duì)垂直入射靶表面的高強(qiáng)度激光的能量沉積過(guò)程,以及激光與等離子體的耦合效應(yīng)進(jìn)行12142了數(shù)值模擬。激光波長(zhǎng)為0.25～1.06Lm,強(qiáng)度為10～10W?cm。脈沖形狀為高斯型,半高寬為1ns。靶表面激光能量沉積率、質(zhì)量燒蝕率和等離子體的特征參數(shù)均與入射激光強(qiáng)度、波長(zhǎng)和靶材的性質(zhì)有關(guān)?！ 】紤]等離子體是由離子、電子組成,并假設(shè)等離子體是電中性的。對(duì)電子和離子的壓力、溫[2]度和熱傳導(dǎo)系數(shù)分別給予考慮。并利用近似的“coro
5、nal”態(tài)方程求解電離度。激光等離子體相互作用的主要機(jī)制包括:自由2自由軔致輻射,逆軔致吸收、電子2離子碰撞能量交換、熱傳導(dǎo)和激光能量沉積等?！ ?duì)上述物理模型過(guò)程,采用一維雙溫、單流體力學(xué)方程組,由顯、隱式耦合的差分方程進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算給出電子最高溫度與激光強(qiáng)度的近似定量關(guān)系;等離子體特征參數(shù)的時(shí)空變化;等離子體特征參數(shù)與入射光強(qiáng)、波長(zhǎng)、靶材性質(zhì)的關(guān)系。同時(shí),還給出靶表面能量沉積隨時(shí)間的變化關(guān)系。整個(gè)模擬清晰地展現(xiàn)了激光等離子體耦合效應(yīng)的物理過(guò)程。我們的計(jì)算結(jié)果與[1,2,4]國(guó)內(nèi)外理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。1 模型1213 一束高斯型激光(半高寬為1ns,波長(zhǎng)分別為K=
6、1.06Lm,K?2,K?3,K?4,光強(qiáng)為10、10、14210W?cm)入射到Al和CH靶上,將靶置于真空環(huán)境中。X國(guó)家863慣性約束聚變領(lǐng)域資助項(xiàng)目。1997年3月4日收到原稿,1997年7月3日收到修改稿。屠琴芬,女,1941年5月出生,副研究員。?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.392強(qiáng)激光與粒子束第9卷 由于入射激光強(qiáng)度很高,脈寬很窄,忽略靶的加熱、熔化過(guò)程,認(rèn)為激光輻照靶的瞬間,靶即開(kāi)始噴射。噴射率由文獻(xiàn)[1]給出。2 雙溫單流體力學(xué)方程 一維平面守恒方程5R=u
7、(1)5t5RQ0=(2)5xQ5u5p=-cV(3)5t5Rp=pi+pe+qa(4)2[2]l5u5uqa=Q-(5)25x5xAQ=ni(6)NA式中R為歐拉坐標(biāo),x為拉格朗日坐標(biāo),Q為密度,cV為比容,qa為人造粘性,pi、pe分別為離子、電子壓力,A為原子量,NA為阿伏加德羅常數(shù)?！ ?duì)電子、離子的能量守恒方程分別為555(cMeTe+EB)=-(Qe+peu)-Eei-ET+kLIa(7)5t5R5R555(cviTi)=-Qi+piu)+Eei(8)5t5R5REB為電子束縛能,Qe為電子熱傳導(dǎo)貢獻(xiàn),Eei為電子
