激光等离子体相互作用中Weibel不稳定性

静态 磁场 ； ｌｓ ］ Ｗｉ 等人 的模拟 发 现超强 激光 与等 离子体 相 互作 用 时 ， 过密 度 等 离子 体 中产 生 了几 十 ｋ 的 ｋ 在 Ｔ
准静 态磁 场＿ ； ｎ ｏ ６ Ｍａ ｓｎ等 首次 对超 强激 光脉 冲下大 密度 范 围等离 子体 内的 自生 磁场 进 行 了模拟 ， 果 显 示产 结 生 了 １ ６ ５ ０ｋ ． ～２ ． Ｔ的强 磁场 ＿ ； ｅ ｔｋ ７ Ｓ ｎ ｏ ｕ等 模 拟 发 现 ， 由于 电子 速度 各 向异 性 的激 光 成 丝 和 ｗｅ ｌ 稳定 ｅ 不 性， 在等 离子 体薄靶 表 面形成 层状 的 电流和准 静态 磁场 ［ ； ｏ ｇ ｅｉ 人分 别对超 强激 光在 等离 子体 中传 播 时 ８ Ｂ ｒｈ ｓ等 产 生 的环形 磁场进 行 了测量 ， 发现 在等 离子体 通道 中存 在几 ｋ 的强 磁场 ［ ； ｔｒｋｓ Ｔ ９ Ｔａａａ ｉ 等人 发现 ， 由于环 形 自
激 光 等 离 子体 相 互作 用 中 Ｗｅｂ ｌ 稳定 性 ｉｅ 不
阿不都热苏力， 帕尔哈提 ， 王 倩
（ 疆 大学 物 理 科 学 与 技术 学 院 ，乌 鲁 木 齐 ８ ０ ４ ） 新 ３ ０ ６
摘 要 ： 利 用 粒 子 模 拟 法 对 超 强 激 光 与 等 离 子 体 相 互 作 用 中产 生 的 ｗｅｂ１ 稳 定 性 及 其 产 生 机 制 进 行 ｜ 不 ｅ
体 的相互作 用 过程进 行 了模拟 计算 ， 得到 了热速 度 、 能量 和最大饱 和磁场对 时 间的演 化关 系 。
１ 等 离 子 体 中的 不 稳 定 性 及 其 产 生 机 制
ｗｅ ｅ 对 偏离 Ｍａ ｗｅｌ 度分 布 函数 的等离 子体 进 行 研究 ， Ｖｌｓｖ方程 推 导 出 自生 磁场 的线 性 增长 ｉ ｌ ｂ ｘ ｌ速 用 ａｏ 率 。这 种不稳 定性 在线 性 阶段 的增 长率 表示 自生 磁场 随时 间指数增 长 ； 而另 一个 非线 性 饱 和 阶段 的增 长率 可 表示 自生磁 场基 本处 于饱 和状 态 ； 稳定性 在非 线性饱 和后 ， 生 电流 丝 的合并 、 不 发 磁场 重联 等过程 ， 分 电磁 部 场 能量 会再 转化 为粒 子能量 ， 现为对 等 离 子体 的 横 向加 热 ］ 表 。本 文通 过 理论 推 导 和粒 子 模 拟来 讨 论 Ｗ ｅ ｉ －
ｂ ｌ 稳定性 的线 性色 散 。 ｅ不
２ 不 稳 定 性 的 理 论 分 析
２ １ Ｗｅｂｌ 稳定性 的线 性色 散关 系 ． 立伏 拉索 夫和麦 克斯 韦方 程 ， 以得 到等离 子体 的色散 关 系口 ¨ 联 可
～
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［ ＋ｎ ） 。 。 枷 （ ］ 一
磁 场 的产 生 、 电 子输 运 等 过程 有重 要 意 义 。 快 关键 词 ： 超 强 激 光 脉 冲 ； 激 光 等 离 子 体 ； ｗ ｅ ｅ不 稳 定 性 ； 粒子 模 拟 法 ； 饱 和 自生 磁 场 ｉ１ ｂ
中 图分 类 号 ： ０ ３ ． ２ ４ ４ １ 文 献 标 志 码 ： Ａ ｄ ｉ １ ． ７ ８ ＨＰ Ｐ ２ １ ２ ０ ＿ ｌ Ｏ ｏ ： ０ ３ ８ ／ Ｌ Ｂ ０ ２ ４ ｌ ０ １
超强 激光 与等离 子体相 互作 用 时 ， 在等 离子 体 中可 以产 生极 强 的准静态 自生 磁场 ］ 。关 于超 短超 强激 光
产生 自生 磁场 的机制 ， 研究 人员 在理 论 （ 数值 模 拟） 实验 上对其 进行 了有 益 的探 索 ： ｕ ｈ 和 Ｍａｋ 和 Ｆ ｃｓ ｌａ等人 在研 究超 强激 光产 生 的等离子 体密 度通道 的形 成 和演 化 的实 验 过程 中 ， 过 法拉 第 旋 转法 测 得 了高 达 几 ｋ 的准 通 Ｔ
生磁场 的准 直作 用 ， 热 电子 在 薄膜靶 背 面产 生 了 等离 子体 ｎ 超 。这 些研 究 成 果表 明 ， 超 强激 光 与 等离 子 体 在
相 互作 用过 程 中各 种机 制产 生 的 自生磁 场 与粒子 速度各 向异性 分 布及 超热 电子 的运 动具 有 不 可分 的关 系 ， 因 此 研究 这些 之 间的关 系具有 重要 的意 义 。 本 文全 面介 绍 了激发 自生磁 场 的电磁 不稳定 性 （ ｅ ｅ 不稳 定性 ） ｗ ｉｌ ｂ 的产生 机 制和 演化 过 程 ， 性 色 散关 系 线 和饱 和磁场 与各 向异 性参数 之 间的 函数关 系 ， 利用粒 子模 拟 （ ａ ｔ ｌ ｉ—ｅ ） 序对 超 短超 强 脉 冲与 等离 子 并 Ｐ ｒｉ ｅ ｎｃｌ 程 ｃ— １
第２ ４卷 第 ｌ期
２１ ０ ２年 １月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡ Ｓ Ｇ ＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ ＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ ． ４。Ｎｏ １ Ｉ２ ．
Ｊｎ ａ ．，２ １ ０２
文 章 编 号 ： １０ —３ ２２ １） １０ １—５ ０ １４ ２ （０ ２ ０—１ ００
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＊ 收 稿 日期 ：０ １０— ５ 修 订 日期 ：０ １０ —０ ２ １—４１ ； ２ １－９１ 基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 项 目（ ０ ６０ ８ １ １４ ３ ） 新 疆 大学 博 士 科 研 启 动 基 金 项 目（ Ｓ ９ １５ 国 １ ９ ５０ ， １６ ０ ０ ； Ｂ ０ ０ １） 作 者 简 介 ： 都 热 苏 力 （ ９ １ ） 男 ， 学博 士 ， 事 超 强 激 光 与 等 离 子体 相 互 作 用 研 究 ； ｂ ｒ ｓｌ ｓ ａ ｃｒ。 阿不 １６一 ， 工 从 ａ ｄｕ ｕ＠ ｉ ．ｏ ｎ ｎ 通 信 作 者 ： 尔 哈提 （９ ６ ） 男 ， 士研 究 生 ， 事 超 强 激 光 与 等 离 子 体相 互 作 用 研 究 ； ｕｐｋ ｒ６ １ ３ ｃｉ。 帕 １８ 一 ， 硕 从 ｚ ｌｉａｌ ＠ ６ ．ｏ ｌ Ｔ 王 倩 （９ １ ）女 ， 授 ， 事 原 子 光谱 的应 用 研 究 ； ＠ ｘｕ ｅ ｕ ｃ 。 １６ 一 ， 教 从 ｗｑ ｉ．ｄ ．ｎ
了详 细 的 研 究 。给 出 不 稳 定 性 的 线 性 色 散 关 系 和 饱 和 磁 场 与各 向异 性 参 数 之 间 的 函 数 关 系 ， 现 ｗ ｅ ｅ 不 稳 发 ｜ｌ ｂ
定 性 的存 在 使 超 强 激 光 在 等 离 子 体 中激 发 的 自生 磁 场 饱 和 ， 和 自生 磁 场 的 存 在 使 粒 子 速 度 分 布 在 激 光 传 播 饱 方 向上 表 现 出各 向异 性 。讨 论 了 Ｗ ｅ ｅ 不 稳 定 性 的 线 性 和 非 线 性 饱 和 过 程 ， 更 好 地 理 解 快 点 火 物 理 中 自生 ｉｌ ｂ 对