Кинетические модели релаксации плазмы и динамика многих частиц в лазерной физике

• Автор: Ткачев, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 379 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Модели рекомбинационной релаксации классической кулоновской плазмы

в рамках традиционного подхода. Релаксация сгустка лазерной плазмы

§1.1. Основы традиционного подхода

§ 1.2. Одноквантовое и диффузионное приближения

§ 1.3. Энерговыделение в электронном газе и релаксация сгустка лазерной плазмы.

§ 1.4. Перемешивание различных каналов релаксации

Г лава 2. Метастабильная переохлажденная плазма классических кул оновских

частиц

§ 2.1. О моделировании динамики многих кулоновских частиц

§ 2.2. Динамика многих кулоновских частиц и эргодическая проблема
§ 2.3. Термодинамические характеристики метастабильного состояния
§ 2.4. Релаксация классической кулоновской плазмы к метастабильному
состоянию
§ 2.5. Некоторые свойства метастабильного состояния
§ 2.6. Моделирование начальной стадии релаксации ультрахолодной лазерной
плазмы
Глава 3. Релаксация системы классических кулоновских частиц под воздействием
внешней стохастизации
§ 3.1. Стохастизация поступательных степеней свободы
§ 3.2. Релаксация под действием перестановочной стохастизации
§ 3.3. Релаксация при неупругих столкновениях с двухуровневыми атомами
§ 3.4. Взаимодействие системы с упруго отражающими стенками
Заключение к главе

Глава 4. Образование и разлет плазмы при лазерном разделении изотопов
§ 4.1. Разлет лазерной плазмы малой плотности с некомпенсированным зарядом
§ 4.2. Кинетика многоступенчатой ионизации паров иттербия
§ 4.3. Моделирование источника атомных паров
Глава 5. Моделирование процесса селективной фотоионизации иттербия

§ 5.1. Об использовании резонатора в качестве многопроходной системы
§ 5.2. Моделирование процесса ступенчатой селективной фотоионизации в
трехмерном резонаторе
§ 5.3. Трехмерная модель процесса ступенчатой селективной фотоионизации с
учетом поглощения в парах
Глава б.'Уширение атомных и ионных линий плазменными микрополями. Влияние
релятивистских эффектов на коэффициенты усиления излучения
§ 6.1. Моделирование распределений мгновенных значений плазменных
(•д микрополей
§ 6.2. Моделирование уширения спектральных линий двухуровневого атома в
классической адиабатической модели
§ 6.3. Спектральные функции многозарядных Н - подобных ионов с учетом
релятивистских эффектов. Коэффициенты усиления
§ 6.4. Спектральные функции многозарядных Не - подобных ионов с учетом
релятивистских эффектов
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Диссертация посвящена исследованию динамики и статистики систем многих куло-новских частиц методами компьютерного эксперимента в сочетании с аналитическими методами и построению кинетических моделей релаксации плазмы, описывающих результаты численного эксперимента. Накопленный при моделировании динамики многих кулоновских частиц опыт и разработанные методики использованы для решения ряда задач проблемы АУЫБ (лазерное разделение изотопов в атомных парах) и при исследовании уширения спектральных линий многозарядных ионов в плазме.
В первых трех главах диссертации большое внимание уделено исследованию на основе численного моделирования из первопринципов фундаментальных свойств модели двухкомпонентной классической кулоновской плазмы, широко используемой в современной физике плазмы. Особое внимание при этом уделено исследованию релаксации таких систем к состоянию термодинамического равновесия.
Вопросам релаксации динамических систем традиционно уделялось большое внимание в связи с проблемой обоснования статистической физики. Фундаментальный вопрос о согласовании обратимых уравнений динамики с экспериментально наблюдаемыми необратимыми процессами можно, несколько упрощая, сформулировать следующим образом: достаточно ли для описания неравновесных процессов только обратимых уравнений динамики, или необходимо дополнительно к уравнениям ввести внешние стохастические воздействия? Ответ в духе Л. Больцмана был бы положительным - уравнения динамики достаточны для описания релаксации [1]. Если же придерживаться взглядов А. Пуанкаре [2], то пришлось бы отказаться, по крайней мере частично, от механистических воззрений и признать, что кинетические уравнения являются более общими и могут описывать процессы, не описываемые чисто динамическими уравнениями. Невозможность полного обоснования статистической физики в рамках классической механики была продемонстрирована в незавершенных работах Н.С. Крылова [3]. Он показал, что для обоснования статистической физики необходимо

АЕ(є, Єї ,хД а) = (є • є, )'/2 віп х • віп 0 ■ сова - (є - є, )зіп ~
(1.1.19)

- энергия передаваемая в акте рассеяния, 0 - угол между векторами V и VI. Массы полевой и пробной частицы считаются равными. Громоздкие выкладки, аналогичные проведенным в работе [32], приводят к следующему результату:

Т-К(Е + є,е)-сіу = К
є Де Дє

- характерная частота кулоновских столкновений с передачей энергии Аг ~Т;
^-е~у '(2 +у)-ег/(лГх)-4-е~х~у, у2.
Р(х.У) =
(1.1.20)
(1.1.21)
--(2-у)-ег/(-17Т^)-4■ • е~>, -хїуїО
(1.1.22)
- гладкая функция от передаваемой энергии. Она нами протабулирована и представлена на рис. 1.1.1.

2.5 2.
1.5 1.0 0.

п п '4 11ІІ1 I ^ - ■—
и.У -)пп,п|| ттп м і и .и 111 гтлііт
-2-10 1 2 3 4 5
Рис. 1.1.1 Функция Р(ху), характеризующая "гладкую" часть К-матрицы. Кривые 1,2,3,4,5 - соответствуют значениям х = 0,25; 0,5; 1; 1,5; 2.