Кинетические эффекты переноса и ускорения заряженных частиц в неравновесной лазерной плазме

• Автор: Брантов, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 336 с. : ил.

Содержание
1 Введение.

1.1 Обзор литературы по проблеме неклассического переноса

1.2 Современное состояние исследования ускорения пучков заряженных частиц.

1.3 Цель и содержание работы

1.4 Практическая ценность и апробация работы

2 Теоретическое исследование неклассических процессов переноса в столк-новительной лазерной плазме.

2.1 Нелокальная гидродинамика и электронный перенос в столкновительной

плазме

2.1.1 Кинетические уравнения для возмущений электронной функции распределения

2.1.2 Решение кинетического уравнения

2.1.3 Нелокальная электронная гидродинамика
2.1.4 Потенциальные составляющие потоков
2.1.5 Непотенциальные составляющие потоков
2.1.6 Перенос тепла в бестоковой плазме
2.1.7 Заключение
2.2 Нелокальные эффекты обратнотормозного нагрева и пондеромоторного взаимодействия
2.2.1 Кинетическое уравнение для медленно меняющейся части функции
распределения с учетом пондеромоторного взаимодействия и обратнотормозного нагрева
2.2.2 Гидродинамические уравнения для электронов
2.2.3 Уравнение для возмущения функции распределения электронов
2.2.4 Коэффициенты электронного переноса в лазерной плазме
2.2.5 Электронный тепловой поток
2.2.6 Пондеромоторная сила для плазмы без электрического тока
2.2.7 Определения теплопроводности электронов

2.2.8 Заключение
2.3 Нелокальный перенос в замагниченной плазме
2.3.1 Электронная функция распределения в магнитоактивной плазме
2.3.2 Электронные потоки
2.3.3 Теория переноса в сильно столкновительном пределе
2.3.4 Нелокальные коэффициенты переноса
2.3.5 Заключение
2.4 Нелокальный ионный перенос
2.4.1 Кинетическое описание потенциальных возмущений в плазме со столкновениями
2.4.2 Нелокальная теория ионного переноса в плазме со столкновениями
2.4.3 Ионные коэффициенты переноса
2.4.4 Заключение
3 Влияние эффектов нелокальности на дисперсионные свойства плазмы.
3.1 Диэлектрическая проницаемость плазмы
3.1.1 Определение диэлектрической проницаемости плазмы
3.1.2 Продольная электронная восприимчивость плазмы
3.1.3 Поперечная восприимчивость электронной плазмы
3.1.4 Вклад ионов в диэлектрическую проницаемость плазмы
3.1.5 Частота и затухание ионно-звуковых волн
3.1.6 Магнитогидродинамические волны
3.1.7 Заключение
3.2 Флуктуации плазмы, вызываемые неоднородностью лазерного пучка
3.2.1 Основные соотношения
3.2.2 Корреляционная функция лазерного излучения
3.2.3 Вынужденные флуктуации плазмы
3.2.4 Томсоновское рассеяние на вынужденных флуктуациях
3.2.5 Заключение
3.3 Нелокальные эффекты в развитии параметрических неустойчивостей

3.3.1 Дисперсионное уравнение
3.3.2 Вынужденное рассеяние Мандельштама-Брил.пюэна в столкновитель-
ной плазме
3.3.3 Филаментационная неустойчивость в столкновительной плазме
3.3.4 Заключение
3.4 Ионно-звуковая неустойчивость столкновительной плазмы
3.4.1 Кинетическая теория ионно-звуковой неустойчивости с учетом нелокальное переноса
3.4.2 Инкремент ионно-звуковой неустойчивости
3.4.3 ИЗ неустойчивость при обратнотормозном нагреве горячего пятна
3.4.4 Численное моделирование ионно-звуковой неустойчивости. Сравнение с теоретической моделью
3.4.5 Обсуждение результатов и заключение
4 Практические модели для описание поглощения излучения и для электронного переноса.
4.1 Теория поглощения электромагнитного излучения твердотельной полуогра-
ниченной плазмой
4.1.1 Исходные соотношения
4.1.2 Джоулев нагрев плазмы и поглощение лазерной энергии в плазме
4.1.3 Использование диэлектрической проницаемости для построения модели поглощения лазерного излучения
4.1.4 Обсуждение результатов модели и сравнение с экспериментом
4.2 Релаксация теплового возмущения в столкновительной плазме
4.2.1 Решение начальной кинетической задачи для теплового возмущения .
4.2.2 Периодическое начальное тепловое возмущение
4.2.3 Локализованное начальное тепловое возмущение
4.2.4 Возбуждение возмущений плотности
4.2.5 Релаксация горячих пятен температуры в магнитном поле
4.2.6 Заключение

чения в плазме с резкой границей основано на двух классических моделях сильностолк-новительной и бесстолкновительной плазмы, отвечающих, соответственно, скинированию падающего излучения в режимах нормального и аномального скин-эффекта [240]. Вместе с тем большинство экспериментальных результатов [241, 242, 243, 244, 245, 246] свидетельствуют, что ни та, ни другая модель не может претендовать на количественное описание поглощения ультракоротких лазерных импульсов плотной плазмой поскольку длина свободного пробега электрона с энергией порядка нескольких сотен электронвольт сравнима с глубиной скин-слоя. По-видимому, вследствие этого измеренные значения коэффициента поглощения заметно превышают предсказания теории нормального и аномального скин-эффекта. Развитая нелокальная теория позволяет описать плавный переход от нормального к аномальному скин-эффекту и, таким образом, количественно рассчитать поглощение лазерного излучения в области промежуточных значений параметра столкновительности, наиболее типичной для условий современных экспериментов (см. раздел 4.1).
Большое значение нелокальная теория имеет для задачи о релаксации температуры. В настоящее время используются разные методы сглаживания лазерного пучка для управления неизбежными неоднородностями, присутствующими в лазерном пучке, для достижения эффективного вклада лазерной энергии в мишень и однородного сжатия оболочек в экспериментах по термоядерному синтезу. Основная идея сглаживания пучка состоит в разделении падающего лазерного пучка на несколько существенно меньших пучков с целью создания случайного фазового сдвига в пучках на их пути к мишени. Интерференция этих пучков в области фокальной плоскости приводит к большому количеству корот-коживущих спеклов или горячих пятен. Полагают, что их тепловая релаксация быстро приводит к сглаживанию пучка, и неоднородностей давления, опасных для гидродинамических неустойчивостей, не возникает. Однако это предполагает, что характерные времена теплового переноса меньше гидродинамических. Чтобы лучше понять физику теплового сглаживания в разделе 4.2 было проведено теоретическое исследование данного вопроса в условиях, когда время жизни горячего пятна короче, чем характерное время релаксации и радиус горячего пятна сравним с длиной свободного пробега электронов. Показано, что существуют условия, когда нелокальный теплоперенос приводит к значительному увеличению амплитуды возмущений температуры и плотности и времени релаксации темпе-