强激光在磁化等离子体中的调制不稳定性.PDF

第 30 卷 第 4 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.30, No.4 2 0 1 0 年 12 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Dec. 2010 文章编号：0254−6086(2010)04−0301−05 强激光在磁化等离子体中的调制不稳定性 1, 2 1, 2 3 陈华英 ，刘三秋 ，李晓卿 (1. 南昌大学材料学院，南昌 330031 ；2. 南昌大学理学院，南昌 330031 ；3. 南京师范大学物理系，南京 210097) 摘 要：采用洛伦兹变换推导出左旋椭圆偏振强激光在磁化等离子体中的非线性色散关系，根据 Karpman 方法推导出激光场包络的非线性控制方程，分析了在磁化等离子体中左旋椭圆偏振激光的调制不稳定性，得到了 调制不稳定的时间增长率。分析结果表明，磁化等离子体中自调制不稳定的极大增长率较非磁化情况明显减小， 且在激光等离子体临界面附近处调制不稳定性的时间增长率显著增大。 关键词：磁化等离子体；左旋椭圆偏振激光；调制不稳定性；非线性色散关系 中图分类号：O437 文献标识码：A 1 引言 方法研究了激光在等离子体中的调制增长率的空 激光与等离子体相互作用将导致许多非线性 间分布，但这些分析都是基于非线性控制方程的一 效应，包括自调制[1, 2]、自聚焦[2, 3]、布里渊和拉曼 维模型，忽略了激光振幅的横向变化。然而，调制 向前和向后散射[3]以及许多参量不稳定性。这些物 增长率的时间分布比空间分布更为重要，并且与朗 理过程被广泛应用于惯性约束核聚变[3] (ICF) 、X 射 道提出的有关湍流发生的串级图像紧密相关[16] 。随 线源[4]、粒子加速[5, 6]以及高阶谐波的产生。激光在 着调制不稳定性的发展，将形成激光场的自聚焦、 等离子体临界面附近传播时，横向激元与离子声波 自成丝。而本文将基于三维三分量的非线性控制性 互相调制形成的包络波出现不稳定性增长，即调制 方程，考虑任意方向的低频扰动，分析磁化等离子 不稳定性。在 ICF 的点火过程中，激光产生的等离 体中左旋椭圆偏振激光的调制不稳定性，并获得调 子体的临界面附近能观察到很强的自生磁场[7] 。自 制增长率的一般形式。 生磁场和外加磁场都会影响激光与等离子体相互 本文通过洛伦兹变换推导出左旋椭圆偏振激 作用时产生的不稳定性[8] ，从而对 ICF 过程产生不 光在磁化等离子体中的非线性色散关系，根据 利的影响，它不仅降低了逆韧致吸收效率，使激光 Karpman 方法推导出横波的非线性控制方程，利用 不能充分利用；而且产生的超热电子等效应直接对 非线性色散关系和横波的非线性控制方程对左旋 内爆压缩 DT 过程有破坏作用。因而近些年来，激 椭圆偏振强激光在磁化等离子体中的调制不稳定 光与磁化等离子体相互作用也受到了广泛关注 性进行分析，并给出了自调制不稳定的时间增长率 [8~11]。当激光的聚焦功率密度超过 1018W⋅cm−2 时， 与扰动态波数之间的函数关系。 电子具有很高的颤动能量，这时必须考虑相对论性 效应[12] 。对于调制不稳定性的研究已获得了实验证 2 非线性色散关系 据，Shukla[13]、Shivamoggi[14]等人利用 Karpman 方 设等离子体中存在沿 z 轴方向的均匀外加磁场 程对激光与等离子体相互作用时产