小焦斑納秒激光燒蝕鋁靶的數(shù)值模擬.pdf

1、激光燒蝕固體靶演化過程的研究對于認識和理解慣性約束聚變、高能量密度物理以及天體物理中的等離子體演化行為具有重要的參考價值。人們通常采取改變?nèi)肷浼す獾牟ㄩL、脈寬、焦斑大小、能量、靶的材料和密度以及背景氣體的成分和壓強等手段來研究其中的物理過程，揭示其中物理規(guī)律。但是如果要細致研究具體物理機制在燒蝕過程中所起的作用則需要借助輻射流體模擬程序。
　　本論文使用芝加哥大學(xué)開發(fā)的Flash程序作為模擬工具，結(jié)合本實驗室的ND∶YAG激光燒蝕

2、鋁平面靶的實驗，通過選取合適的激光（小焦斑長脈沖）參數(shù)，對激光燒蝕鋁靶的演化過程進行了二維模擬，并較為詳細的分析了其中物理過程。
　　我們得出了以下三個主要的結(jié)論:
　　1.激光通道上會產(chǎn)生等離子密度排空現(xiàn)象，并且這一物理現(xiàn)象對電子熱傳導(dǎo)較為敏感用Flash程序模擬了聚焦半徑為25μm，峰值強度為～1013W/cm2，波長為532衄的激光燒蝕50μm厚的鋁平面靶，通過比較不同限流因子值計算的結(jié)果并結(jié)合實驗干涉法觀測到的結(jié)果，

3、我們發(fā)現(xiàn)激光通道上會出現(xiàn)等離子體密度的排空現(xiàn)象，而且限流因子的取值越小，也即限流效應(yīng)越強時，等離子體的密度排空現(xiàn)象越嚴重，對比實驗結(jié)果，我們確定了模擬中限流因子的取值應(yīng)為f=0.08。
　　2.小焦斑納秒光燒蝕鋁平面靶會產(chǎn)生環(huán)狀射流結(jié)構(gòu)，輻射輸運在形成環(huán)狀射流的過程中起主導(dǎo)作用在模擬和實驗中我們都觀測到了在距離激光中心軸200μm左右會出現(xiàn)環(huán)狀射流結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在我們固定激光峰值功率密度改變焦斑大小的情況下依然會出現(xiàn)。在激光焦斑外

4、沿，等離子體的內(nèi)能通過輻射輸運而損失掉，加劇了橫向電子熱流的非線性衰減，使得溫度急劇的降低。而環(huán)狀射流的形成源于從中心向外膨脹的熱等離子體與焦斑外堆積的冷等離子體的碰撞。當(dāng)我們關(guān)閉輻射輸運項時，環(huán)狀射流結(jié)構(gòu)將不再出現(xiàn)。
　　3.激光燒蝕過程中會產(chǎn)生較大的自生磁場，量級為～10MG，并且隨著焦斑增大自生磁場減小在程序中將溫度梯度和密度梯度的叉乘作為源項計算了自生磁場的大小，發(fā)現(xiàn)小焦斑情況下將會產(chǎn)生10MG量級的自生磁場最后我們對激光