Моделирование эволюции лазерной плазмы во внешнем магнитном поле

• Автор: Устюгов, Дмитрий Олегович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Содержание
Введение.

Глава 1. Математическая модель

1.1. Физикоматематическая постановка задачи.

1.2. Основные уравнения

1.3. Начальные условия.

1.4. Граничные условия.

Глава 2. Вычислительный алгоритм

2.1. Разностная схема

2.2. Интегрирование по времени.

2.4 Выполнение условия у Л 0

2.4. Тестирование численной схемы
2.4.1 Тест 1. Распространение циркулярнополяризовашюй альвеновской волны.
2.4.2 Тест 2. 2.5 мерная ударная волна
2.4.3 Тест 3. Быстрое вращение цилиндра в покоящейся среде с однородным магнитным полем
2.4.4 Тест 4. Вихрь ОрзагаТанга
Глава 3. Моделирование с магнитным полем .
3.1 Случай слабого магнитного поля
3.2 Вариант расчета с сильным магнитным полем.
Глава 4. Моделирование с магнитным полем и переносом излучения.
4.1 Результаты расчетов с плазменным параметром р 0
4.2 Результаты расчетов с плазменным параметром 3.
4.3 Сравнение результатов.
Заключение.
Литература


В третьей главе представлены результаты численного моделирования разлета лазерной плазмы во внешнем магнитном поле без учета переноса излучения. Приведены результаты расчетов для различных значений величины магнитного поля. Р=2Р/В , определенного по газовому давлению Р в холодной фазе. Расчеты проведены для приближения слабого магнитного поля Р«1 и в приближении сильного магнитного поля р=1. Результаты показали, что параметр р следует определять относительно газодинамического давления в горячей фазе, поскольку даже при р=1 (с величиной магнитного поля порядка нескольких гаусс) магнитное поле заметно действует на плазму лишь на поздних временах ее разлета, когда ее плотность достаточно мала. Показано, что для Р=1 течение плазменного факела напоминает струйное течение. В четвертой главе представлены результаты численного моделирования с учетом переноса излучения. В п. В этом случае величина магнитного поля равна 3. Гс. В п. Гс. Показано, что магнитное поле такой величины достаточно сильно меняет структуру плазменного факела и влияет на ее разлет. В п. Показано влияние на плазму переноса излучения и внешнего магнитного поля. В заключении формулируются основные результаты диссертации. Экспериментальные работы по изучению лазерной плазмы. Из всех работ по изучению лазерной плазмы можно выделить два главных направления. Одно направление - это исследования оптического пробоя, причин и особенностей возникновения лазерной плазмы при поглощении лазерного излучения с различной мощностью, длиной волны и длительностью импульса, другие непосредственно изучают динамику и кинетику процессов при разлете плазмы либо в вакуум, либо в фоновую газовую среду без магнитного поля или с его присутствием. Кратко рассмотрим некоторые из экспериментальных работ, относящихся к обоим направлениям. A. Neogi and R. К. Thareja [1] с помощью эмиссионной спектроскопии и методов быстрой фотографии изучали динамику углеродной лазерной плазмы во внешнем неоднородном магнитном поле (Р<"3 Тор). Авторы показали, что лазерная плазма расщепляется в неоднородном магнитном поле на две осесимметричные части. CIV в линии 0. CIII в линии 5 нм и CI в линии 9. Наблюдаемые неустойчивости во временном профиле этих ионов на краю факела, порождались действием магнитного поля. Увеличение интенсивности временных профилей линий углерода может быть объяснено более высокой температурой и плотностью плазмы при наличии магнитного поля. Джоулевый нагрев и электромагнитное сжатие плазмы приводило к увеличению электронной температуры. Поскольку средняя скорость плазмы в магнитном поле уменьшается, то плотность электронов растет по сравнению со случаем отсутствия магнитного поля. Их результаты показали, что магнитное поле влияет на параметры плазмы, что может в частности использоваться в технологиях напыления тонких пленок. В работе Kobayashi и др. Был развит новый метод импульсной лазерной депозиции, в котором использовалось аксиальное магнитное поле со стороны подложки с целью усилить активацию и/или ионизацию частиц вещества в течение переноса от мишени к подложке (рис. Рис. Схема экспериментальной установки в работе Kobayashi. При росте ZnO пленок в обычном методе в отсутствии магнитного поля при движении факела частицы расходятся, а факел постепенно исчезает при распространении к подложке. В присутствии магнитного поля усиленное излучение частиц факела наблюдается у поверхности подложки, которое возникает как результат столкновения между электронами отраженными магнитным полем и подверженными абляции частицами факела (рис. Благодаря действию внешнего магнитного поля, кинетическая энергия электронов быстрее переносится к атомам и ионам через столкновения. Максимум интенсивности фотолюминесценции (около 0 нм) для пленок ZnO, сделанных методом с магнитным полем, возрастает в два раза по сравнению с методом без магнитного поля, добавление аргона еще больше увеличивает этот максимум (рис. Рис. Спеюр ZnO пленок. Возбудителем являлся Гелий-Кадмиевый лазер. Представлены результаты обычного метода, метод Aurora с магнитным полем и с добавлением аргона.