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强激光高能量密度物理研究新进展-激光等离子体磁场湍流

作者:本站  来源:本站整理  发布时间:2012-7-4 16:53:26
 

    流体中的湍流是自然界中极为普遍、迷人而又复杂的现象。虽然人们借助实验和大规模的计算机模拟等最新技术手段对它开展了大量的研究,但至今还是没有能完全理解它。而与激光核聚变研究有关的高温高密等离子体中的湍流则更为复杂,一方面其中引入了非线性的电磁力的作用,另一方面这种湍流发生的时间和空间尺度更快、更小,后者对实验诊断提出了更大的挑战。最近中科院物理所光物理实验室强激光高能量密度物理组与上海交通大学及其印度的合作者一起,针对相对论强激光与固体靶作用中的超强磁场以及湍流产生开展了研究。实验观测到等离子体内部一定区域近百兆高斯的强磁场产生,而且磁场的空间分布呈现湍流的特性。物理所丁文君、郝彪、王伟民博士和上海交大盛政明教授对实验结果开展了大规模的数值模拟和理论分析,有力支持了实验观测。这项研究对认识和操控快点火激光核聚变中强流电子束的输运具有重要意义,也有助于人们深化对高温、致密天体现象的认识。过去十多年,随着实验技术的发展,实验室天体物理逐渐发展起来,而强激光与等离子体相互作用是目前实验室天体物理研究的重要手段。

上述研究发表在美国科学院院刊(http://www.pnas.org/content/109/21/8011.full)。

印度有影响的报纸The Telegraph在其科学专栏Knowhow中以Reach for the Stars为标题,专门介绍了这项合作研究

(http://www.telegraphindia.com/1120521/jsp/knowhow/story_15511052.jsp)。该工作得到了国家基金委、科技部和科学院的资助。

文章链接:[PNAS,vol.109(21),8011-8015]

 

 

图1. 上图是实验示意图;下图是磁场形成的原理图。超强飞秒激光轰击固体靶表面,形成一束沿靶法向方向的强流强,超热电子束(速度通常在0.1光速以上),此电子束激发了与其方向相反具有较长寿命的(几个皮秒)冷背景电流,此冷背景电流产生了轴向的百兆高斯量级的强磁场。
图2. 实验和数值模拟观察到的磁场时间演化过程 [(a)和(b)] 以及其空间分布[(c)-(e)]。 (a)为实验观察到的磁场强度随时间的演化曲线,(b)为对应的粒子模拟结果。 (c) 为粒子模拟得到的不同时刻下磁场空间分布图,(d)和(e)为实验中在3.2皮秒时刻的磁场空间分布图。
 
 
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