激光等离子体中非局域电子能量输运与磁场的Fokker-Planck动理学研究

磁场效应对非局域电子能量输运的影响是纳秒激光与等离子体相互作用中存在的重要问题之一。当纳秒激光通过逆韧致过程加热等离子体时，在临界面附近会产生陡峭的温度和密度梯度，以及兆高斯量级的自生磁场，这时电子能量输运是非局域的，基于流体近似的经典Spitzer-H?rm和Braginskii理论均失效，只有通过求解Fokker-Planck动理学方程，同时考虑逆韧致加热和磁场效应，才有可能自洽地解决激光等离子体中电子能量输运这一难题。由于这一耦合物理过程非常复杂，本项目拟采用考虑磁场和逆韧致加热的Fokker-Planck程序模拟，结合理论分析，研究其中的基本物理问题，探索基本物理规律，希望给出适合流体计算的半解析拟合的电子输运系数。研究成果有助于提高对激光等离子体特别是惯性约束聚变中相关问题基本物理规律的认识。

针对激光等离子体中耦合非局域电子能量输运、激光逆轫致加热和自生磁场的复杂物理过程，发展了包含激光逆轫致加热模块的非相对论Maxwell Fokker-Planck（FP）模拟程序，模拟研究了逆轫致加热对电子分布函数和热输运的影响；给出了基于非麦氏（non-Maxwell，简写为NM）电子分布函数和电子速度分群的两种电子热传导模型，并应用于惯性约束聚变黑腔等离子体研究。项目组成员研制数值模拟程序一个，撰写研究报告两篇，发表研究论文两篇（SCI）。.我们基于对电子分布函数进行球谐展开的处理方法，研制了包含激光逆轫致加热、磁场等物理效应的坐标空间二维、速度空间三维的FP动理学程序。这种方法可以将FP偏微分方程化为一组常微分方程求解，在计算量上远小于直接求解多维相空间分布函数，而且球谐函数展开考虑到了电子-离子角散射碰撞算子和磁场旋转的自然属性。.电子热输运对激光加热等离子体中能量输运起到重要作用，而电子热输运严重依赖着电子分布函数的状态。激光加热、等离子体状态（温度、密度分布）和磁场等因素都会对电子分布函数有影响，使其呈NM分布，反过来其也会影响以上物理过程。我们研究给出了基于NM分布的电子热流公式，将其应用于一维模拟激光烧蚀平面靶问题，并和不同限流因子给出的结果进行比对，发现电子温度空间分布呈山丘状，并讨论了其产生机理。我们还将NM模型用于二维黑腔模拟，发现它给出的等离子体状态、黑腔内分布及软X射线发射峰值，显著不同于限流因子结果。.NM 分布的电子热传导模型人为的给出电子分布函数，没有考虑非局域效应并自洽的耦合到整个Maxwell-FP方程组中。我们通过将电子按照速度空间分群的思想，将低速电子分布函数以Legendre和Chapman-Enskog双重展开，高速电子对应自由流，推导出一种包含非局域效应的电子热传导模型，清晰的给出各热流组分和电场的贡献，该模型可以在碰撞区和半碰撞区很好的符合FP完全动理学模拟结果。.逆轫致吸收是惯性约束聚变中心点火中激光能量沉积的主要机制。我们应用研制的FP动理学程序分别研究了逆轫致加热对电子分布函数和热输运的影响。在激光能量沉积区，逆轫致加热使电子分布函数不再是平衡态麦克斯韦分布，而是产生畸变，呈超高斯分布，同时和非局域电子热输运耦合，会影响热流的产生和输运过程。