等离子体在强磁场中的动力学行为

In this project, we want to investigate the motions of laser-produced plasmas and the interactions between the plasmas in the presence of an external strong magnetic field of about 10 Tesla. The key diagnostics for the experimental study are multi-frame interferometry and Farady-rotation. With the detailed knowledge of the evolutions of the laser-produced plasmas in magnetic field, we could to understand the main physics governing the dynamical processes of laser-produced plasmas in a strong magnetic field, including the magnetohydrodynamic instability, plasma jets and shock waves in strong magnetic field.

本项目主要以实验观测的方法研究在磁感应强度为10T的强磁场中激光等离子体的动力学演化以及等离子体-等离子体之间相互作用。为此项目组将建立多分幅飞秒激光脉冲干涉和法拉第旋转系统，用于高时空分辨地诊断强磁场中的等离子体密度以及磁场的分布演化，并结合数值模拟，基本掌握等离子体在磁场中的动力学演化规律，尤其是磁场中等离子体的流体力学不稳定性、磁场作用下的等离子体射流的产生以及强磁场中的激波。

等离子体与准静态磁场中相互作用是自然界和实验室中的常见现象，但非常复杂。本项目主要以实验观测的方法研究激光产生的高能量密度等离子体在10特斯拉量级的磁场中的动力学演化。通过多分幅光学干涉、光学成像、磁场探针、法拉第筒等诊断手段，并结合数值模拟，研究发现激光等离子体在外加准静态磁场中飞散时，会受到磁场的约束作用，使等离子体能够维持更长的发光时间；会发生交换不稳定性，使飞散的等离子体结构出现混乱和射流结构，相应地产生更强的射频电磁场。这些研究成果对理解太阳风与地球磁层相互作用、利用磁场提高等离子体源发光效率具有重要参考价值。