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超热电子产生过程中电子碰撞电离的计算机模拟研究

杨石  
【摘要】:通过惯性约束聚变获得清洁能源,是解决能源和环境危机的重要方法之一。目前,实现惯性约束聚变的点火方式主要有三两种:体点火、快点火和中心点火。因为快点火降低了驱动能和减少了流体不稳定性,成为人们的研究重点。激光通过与等离子体相互作用产生超热电子,而超热电子产生是快点火研究的重要领域之一。 目前关于超热电子产生的理论模拟研究主要运用粒子模拟方法,大部分模拟激光等离子体互作用程序中,没有考虑中性粒子电离形成等离子体过程。电子碰撞电离是中性粒子离化成等离子体物理过程中的主要离化机制,研究电子碰撞电离过程可以帮助我们更深入分析激光被等离子体吸收形成等离子体和超热电子产生的特性,正确的模拟电子碰撞电离过程将有助于以后的实际应用。 本论文的主要内容为: 1、对快点火方式的超热电子产生过程中的理论及数值模拟方法进行了综述、总结和对比,指出了数值模拟电子碰撞电离在离化过程研究中的重要意义,并总结了运用PIC/MCC方法模拟电子碰撞电离过程的优势; 2、推导了激光与等离子体互作用中超热电子产生的理论,包括:推动粒子运动、场的求解、源的求解及电子碰撞电离; 3、建立了超热电子产生过程的数值模拟算法,其中激光与等离子体互作用过程由粒子模拟方法描述,电子碰撞电离由蒙特卡洛方法描述; 4、对超热电子产生过程中电子碰撞电离过程进行了PIC/MCC模拟,获得了电子碰撞电离特性,对比了激光水平入射和斜入射对离化过程的影响,分析了粒子密度对电子碰撞电离特性的影响和等离子体烧孔效应等物理机制。


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