极端相对论等离子体中正负电子对产生和辐射效应的研究

极端相对论等离子体是高能量密度物理研究的前沿领域，蕴含着丰富的新物理现象和规律。本项目将围绕其中的正负电子对产生和粒子自身辐射效应开展研究，通过建立电子受自生电磁场影响在等离子体输运、辐射阻尼的物理模型，来完善粒子模拟方法的物理建模，进行相关算法研究并在粒子模拟程序中研制相应的新程序模块，这包括添加Monte Carlo方法来模拟正负电子对产生和采用新的粒子运动方程以计算辐射效应。在建立必要模拟工具的基础上开展数值模拟和物理分析，研究正负电子对产生和辐射效应对等离子体系统中的能量关系、电磁场演化规律的影响，以及它们对带电粒子加速的截止能量、能谱特征等的影响，并探讨产生高温高密度正负电子对的物理方案，从中提炼物理规律，获得创新性成果，为极端相对论条件下的高能量密度物理研究提供参考。

强激光技术的进步推动了实验室天体物理、惯性约束聚变等基础前沿科学和国家重大需求的发展。获资助以来，本项目在超强激光驱动极端相对论等离子体相关的高能量密度物理、惯性约束聚变物理等方面开展了研究。在高能量密度物理方面，主要的研究成果有：完成了模拟极端相对论等离子体正负电子对产生和辐射效应的程序模块研制、提出了产生高温高密度正负电子对等离子体的物理方法、研制模拟极端相对论等离子体演化的Vlasov程序、建立相对论等离子体中纵波振荡的线性理论色散关系、获得预等离子体对超强激光靶背加速质子影响、提出利用两相加速过程获得高品质的质子束等。在惯性约束聚变物理方面，主要的研究成果包括：建立描述快点火物理中相对论快电子束能量沉积的相对论Fokker-Planck动理学程序、获得不同能谱相对论电子束能量沉积的物理规律、快点火中预脉冲对快电子束产生的影响、激光在大尺度黑腔等离子体中传播的偏折的物理规律、提出应用于不透明度测量的产生高温高密度等离子体的方法、获得激光辐照靶丸均匀性演化及其影响等。通过上述物理研究，本项目获得了产生高温高密度正负电子对等离子体的物理规律和优化的参数区间、超强激光加速质子的物理规律和优化方案、相对论等离子体的Vlasov程序模拟及纵波振荡的线性理论，快点火物理中电子产生和能量沉积等物理规律。通过本项目建立的物理理论、程序模块、物理规律，将对深入理解及拓宽极端相对论等离子体相关的高能量密度物理、惯性约束聚变等领域有一定的促进作用。