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(guò)程的研究對(duì)于認(rèn)識(shí)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(jià)值。人們通常采取改變?nèi)肷浼す獾牟ㄩL(zhǎng)、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(qiáng)等手段來(lái)研究其中的物理過(guò)程，揭示其中物理規(guī)律。但是如果要細(xì)致研究具體物理機(jī)制在燒蝕過(guò)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(kāi)發(fā)的Flash程序作為模擬工具，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的ND∶YAG激光燒蝕

2、鋁平面靶的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)選取合適的激光（小焦斑長(zhǎng)脈沖）參數(shù)，對(duì)激光燒蝕鋁靶的演化過(guò)程進(jìn)行了二維模擬，并較為詳細(xì)的分析了其中物理過(guò)程。
　　我們得出了以下三個(gè)主要的結(jié)論:
　　1.激光通道上會(huì)產(chǎn)生等離子密度排空現(xiàn)象，并且這一物理現(xiàn)象對(duì)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(qiáng)度為～1013W/cm2，波長(zhǎng)為532衄的激光燒蝕50μm厚的鋁平面靶，通過(guò)比較不同限流因子值計(jì)算的結(jié)果并結(jié)合實(shí)驗(yàn)干涉法觀測(cè)到的結(jié)果，

3、我們發(fā)現(xiàn)激光通道上會(huì)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(qiáng)時(shí)，等離子體的密度排空現(xiàn)象越嚴(yán)重，對(duì)比實(shí)驗(yàn)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(huì)產(chǎn)生環(huán)狀射流結(jié)構(gòu)，輻射輸運(yùn)在形成環(huán)狀射流的過(guò)程中起主導(dǎo)作用在模擬和實(shí)驗(yàn)中我們都觀測(cè)到了在距離激光中心軸200μm左右會(huì)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(huì)出現(xiàn)。在激光焦斑外

4、沿，等離子體的內(nèi)能通過(guò)輻射輸運(yùn)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(yùn)項(xiàng)時(shí)，環(huán)狀射流結(jié)構(gòu)將不再出現(xiàn)。
　　3.激光燒蝕過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的自生磁場(chǎng)，量級(jí)為～10MG，并且隨著焦斑增大自生磁場(chǎng)減小在程序中將溫度梯度和密度梯度的叉乘作為源項(xiàng)計(jì)算了自生磁場(chǎng)的大小，發(fā)現(xiàn)小焦斑情況下將會(huì)產(chǎn)生10MG量級(jí)的自生磁場(chǎng)最后我們對(duì)激光