非均匀等离子体冕区激光与等离子体相互作用不稳定性时空特性研究

Laser inertial confinement fusion is currently a hot spot of high energy density physics, and research of instabilities in laser-plasma interactions is an important part in that field. Because significant inhomogeneity may exist in the distribution of plasma corona during laser ablation, deepening the understanding of several laser-plasma instabilities under that condition contributes to the realization of laser inertial confinement fusion. This project concentrates on the study of instabilities of laser-plasma interactions in inhomogeneous plasma corona, and conducts basic scientific research on the main features of inhomogeneous plasma corona and laser-plasma instabilities inside, including the study of spatial distribution feature of laser-induced plasma jets in corona through radiation hydrodynamics simulations and experiments, the study of temporal and spatial features of laser filamentation, two-plasmon decay and stimulated Raman scattering in inhomogeneous plasma corona through particle-in-cell simulations and experiments, and the study of laser parameters regulation's influence on aforementioned laser-plasma instabilities through particle-in-cell simulations. This project aims to investigate the temporal and spatial characteristics of laser-plasma instabilities in inhomogeneous plasma corona, which will support the improvement of laser and inhomogeneous plasma interaction theory.

激光惯性约束聚变是当今高能量密度物理领域的研究热点，激光与等离子体相互作用不稳定性研究是其中的重要环节。由于激光烧蚀过程中冕区等离子体分布可能具有显著非均匀性，加深对该条件下多种不稳定性过程的理解有助于激光惯性约束聚变的实现。本项目以非均匀等离子体冕区中激光与等离子体相互作用不稳定性为研究对象，对非均匀等离子体冕区及其中激光等离子体不稳定性的时空分布特征进行基础科学研究，具体内容包括：利用辐射流体模拟与物理实验研究激光诱导等离子体喷流在等离子体冕区的空间分布特性；利用粒子云网格模拟与物理实验研究非均匀等离子体冕区中激光成丝、双等离子体衰变、受激拉曼散射的时空分布特性；利用粒子云网格模拟研究激光参数调控对上述不稳定性的影响。本项目旨在探索非均匀等离子体冕区中激光与等离子体相互作用不稳定性的时空特性，为完善激光与非均匀等离子体相互作用理论提供支持。

激光惯性约束聚变是当今高能量密度物理领域的研究热点，激光等离子体相互作用不稳定性研究是其中的重要环节。由于激光烧蚀过程中冕区等离子体分布可能具有显著非均匀性，加深对该条件下多种不稳定性过程的理解有助于激光惯性约束聚变的实现。本项目基于辐射流体模拟与物理实验，研究了适中光强下等离子体冕区的非均匀性，经计算分析认为烧蚀瑞利泰勒不稳定性通过等离子体膨胀将横向密度扰动传导至较低密度冕区是实验中观察到的周期性密度扰动的主要原因。通过将具有时间分辨的多种诊断技术与粒子云网格模拟、辐射流体模拟相结合，系统性地研究了以双等离子体衰变为代表的冕区参量不稳定性在非均匀等离子体中的时空演化特性，观察到在不同的阈值因子下不稳定性表现出时间与空间两个维度的非连续性，据分析可能归因于激光在非均匀等离子体中成丝和高光强下的泵浦衰减效应。通过对比连续相位板以及谱色散匀滑加载前后激光等离子体不稳定性散射光及其产生超热电子的变化，研究了典型激光束匀滑技术调控冕区不稳定性的有效性及适用参数范围，结果表明背向及侧向受激拉曼散射受到辐照均匀性的影响较大，双等离子体衰变受到的影响较小。此外，通过散射光谱与超热电子能谱的相对变化分析了双等离子体衰变与受激拉曼散射分别对产生超热电子总额的贡献。最后，开展了宽带激光与等离子体相互作用实验研究，结果表明宽带激光对于多种激光等离子体不稳定性都有一定的抑制效果。