強雷射在強磁化電漿中能量輸運特性研究

《強雷射在強磁化電漿中能量輸運特性研究》是依託北京工業大學，由劉世炳擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：強雷射在強磁化電漿中能量輸運特性研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：劉世炳
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

基於磁約束輔助的慣性約束核聚變（ICF）的新能源背景，研究強雷射產生的電漿在強磁化條件下能量輸運的相關物理問題，具體包括：外置的和自生的非定域強拓撲磁場對電漿的局域磁化性質，如磁通收縮產生的磁場放大效應及其飽和條件、磁通收縮與雷射電漿參數的依賴關係等；套用磁流體動力學框架下的廣義歐姆定律，研究雙光束驅動靶電漿中的自生磁場重聯現象、重聯引起的磁爆能量轉換及其導致的磁爆電子加速與輸運的新機制；在強拓撲磁場條件下側向Raman散射和弱阻尼雙電漿衰變等不穩定性過程產生的超熱電子輸運新特性，考察不穩定性發展的過程競爭，同時從實驗上進行超快時間分辨診斷予以驗證；通過3D數值模擬並輔以適當的雷射-固體靶實驗，研究強拓撲磁場條件下在電漿臨界面由強雷射場驅動的諧波輻射及輸運。項目研究對於進一步理解和揭示磁約束輔助的ICF內爆物理乃至新興ICF內爆靶設計將具有重要的理論參考意義。

結題摘要

本項目以雷射聚變電漿和高能粒子快點火方案為主體背景，通過各種電漿靶型設計並結合理論解析和粒子模擬，研究在強磁場條件下強雷射導致的超熱電子產生及其輸運、磁場放大、以及強雷射驅動的固體密度表面結構靶產生的諧波輻射。獲得的主要結果如下： 1、在穩態和瞬態強磁場條件下，揭示了在強磁場並同時存在碰撞的條件下強雷射電漿中超熱電子橫向輸運的規律，獲得了不同電子密度分布時橫向輸運係數（即電導率及熱導率）的解析公式；2、基於高能“快點火”構想，提出了一種在雷射輻射壓力加速機制下的增強質子加速方案，獲得了高品質（準直）質子輸運的重要結果；3、為了提高超熱電子的輸運效率，設計了一種含高密度夾層的低密度核心靶型，獲得了高密度夾層對準靜態自生磁場具有放大作用、對超熱電子長距離輸運具有明顯“波導”效應和準直效果的新結論；4、將聚變壓縮靶解析為具有周期性波紋結構表面的高密度光柵固體靶，獲得了強雷射驅動光柵固體靶諧波輻射輸運的空間分布，提出了等效電偶極輻射的新機制，揭示了改變強雷射入射角可有效控制諧波輻射輸運空間分布的重要規律；5、作為項目研究計畫外的拓展性探索，嘗試考察了聚變電漿中是否存在長程力效應的尚無觸及問題，引入了非廣延熵的統計力學描述並解析研究了雷射誘導磁化電漿的參量衰變不穩定性，獲得了非廣延效應和磁化強度對前向Raman散射不穩定性增長率的貢獻很大、對雙電漿衰變不穩定性在短波方向的增長率的作用不可忽視、而對後向Brillouin散射不穩定性增長率的影響不明顯的新理解；6、尤其在實驗上，研究了強雷射驅動的氣體原子介質靶的高次諧波產生，通過不同靶型的最佳化設計獲得了接近“水窗”波段的諧波輻射。