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《强激光等离子体耦合效应的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第9卷 第3期强激光与粒子束Vol.9,No.31997年8月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSAug.,1997强激光等离子体耦合效应的数值模拟X屠琴芬 俞汉清 陈志华(西北核技术研究所,西安69信箱15分箱,710024)12142), 摘 要 研究了高强度(10～10Wöcm纳秒脉冲(高斯型)激光与Al、CH等离子体的耦合效应。采用一维双温、单流体力学方程组,数值模拟研究激光强度和波长对靶表面能量沉积和对等离子体特征参数的影响。激光等离子体耦合的主要机制有:轫致辐射、逆轫致辐射吸收、热扩散和电子、离子之间碰撞能量交换。给出了电子最高温度与
2、光强的近似定量关系。 关键词 强激光 等离子体 耦合效应 数值模拟ABSTRACTThecouplingeffectofhigh2intensitynanosecondlaserpulsewithAlorCHplasmasarestudiedusingthehydrodynamicalequationswhichareone2dimesional,double2tem2perature,single2fluid.Theeffectsoflaserintensityandwavelengthonenergydepositioninthetargetsurfaceandpl
3、asmaparametesarenumericallyinvestigated.Themainmechanismoflaserplasmacouplingincludesthefree2freebremsstrahlungemission,inversebremsstroblungabsorption,theheatdiffussionandenergyexchangebetweenelectronsandions.Theaproxi2matescalesofmaximumelectrontemperaturegiveoutwithrespecttothelaserint
4、ensity.KEYWORDShighintensitylaser,plasma,couplingeffect,numericalsimulation 对垂直入射靶表面的高强度激光的能量沉积过程,以及激光与等离子体的耦合效应进行12142了数值模拟。激光波长为0.25～1.06Lm,强度为10～10Wöcm。脉冲形状为高斯型,半高宽为1ns。靶表面激光能量沉积率、质量烧蚀率和等离子体的特征参数均与入射激光强度、波长和靶材的性质有关。 考虑等离子体是由离子、电子组成,并假设等离子体是电中性的。对电子和离子的压力、温[2]度和热传导系数分别给予考虑。并利用近似的“coro
5、nal”态方程求解电离度。激光等离子体相互作用的主要机制包括:自由2自由轫致辐射,逆轫致吸收、电子2离子碰撞能量交换、热传导和激光能量沉积等。 对上述物理模型过程,采用一维双温、单流体力学方程组,由显、隐式耦合的差分方程进行数值模拟。计算给出电子最高温度与激光强度的近似定量关系;等离子体特征参数的时空变化;等离子体特征参数与入射光强、波长、靶材性质的关系。同时,还给出靶表面能量沉积随时间的变化关系。整个模拟清晰地展现了激光等离子体耦合效应的物理过程。我们的计算结果与[1,2,4]国内外理论和实验结果吻合。1 模型1213 一束高斯型激光(半高宽为1ns,波长分别为K=
6、1.06Lm,Kö2,Kö3,Kö4,光强为10、10、14210Wöcm)入射到Al和CH靶上,将靶置于真空环境中。X国家863惯性约束聚变领域资助项目。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,副研究员。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.392强激光与粒子束第9卷 由于入射激光强度很高,脉宽很窄,忽略靶的加热、熔化过程,认为激光辐照靶的瞬间,靶即开始喷射。喷射率由文献[1]给出。2 双温单流体力学方程 一维平面守恒方程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为欧拉坐标,x为拉格朗日坐标,Q为密度,cV为比容,qa为人造粘性,pi、pe分别为离子、电子压力,A为原子量,NA为阿伏加德罗常数。 对电子、离子的能量守恒方程分别为555(cMeTe+EB)=-(Qe+peu)-Eei-ET+kLIa(7)5t5R5R555(cviTi)=-Qi+piu)+Eei(8)5t5R5REB为电子束缚能,Qe为电子热传导贡献,Eei为电子
