利用强激光研究天体等离子体磁重联现象

In the field of high energy density plasma (HEDP) there are many similarities between astrophysics and laser plasma physics. By using new laser technology to study astrophysics in a laboratory scale, it is expected to make a breakthrough in some of certain scientific problems. Magnetic reconnection is one of fundamental processes in plasma physics, it is widely used as an energy conversion mechanism to the astrophysical model, such as solar flares, neutron star and X-ray radiation of accretion disk. The experiments show that the intense laser interaction with matter can produce a mega Gauss order of magnitude of self-generated magnetic field. Magnetic reconnection can be constructed by using these huge self-generated magnetic fields. With help of MHD scaling relations, large-scale astrophysical plasma magnetic reconnection phenomena such as magnetic reconnection jet and loop top x-ray soure can be studied in laboratroy which gives not only the understanding and knowledge of the physics of magnetic reconnection but also the most direct experimental evidence for the observations of astrophysical magnetic reconnections.

高能量密度等离子体在天体物理和激光等离子体物理领域存在许多相似点，利用新型激光实验装置在实验室尺度研究天体尺度的高能量密度等离子体将有望取得重大的科研突破。磁重联是等离子物理中一个基本过程，它作为一种能量转化机制被广泛应用到天体物理模型中，最为著名的就是太阳耀斑的产生机制以及中子星吸积盘的X射线辐射等。本项目将针对天体等离子体磁重联现象展开研究。实验表明强激光与物质相互作用可以产生兆高斯量级的自生磁场，通过合适的激光打靶位形可以构造磁重联拓扑结构。在磁流体定标关系下，利用激光等离子体磁重联可以研究大尺度的天体等离子体磁重联现象，如磁重联喷流与太阳冕区高密等离子体相互作用形成的环顶X射线源等现象。天体等离子体磁重联的实验室研究，不仅加深了人们对磁重联物理的理解和认识，同时为天体磁重联观测现象的理论模型提供了最直接的实验证据。

本项目利用新型激光实验装置在实验室尺度研究天体尺度的高能量密度等离子体磁重联现象。磁重联是等离子物理中一个基本过程，它作为一种能量转化机制被广泛应用到天体物理模型中，最为著名的就是太阳耀斑的产生机制以及中子星吸积盘的X射线辐射等。本项目研究内容包括在实验室针对天体等离子体磁重联现象展开研究，在磁流体定标关系下，利用激光等离子体磁重联可以研究大尺度的天体等离子体磁重联现象，取得如下成果：（1）利用质子背光技术和法拉第旋转测量了激光等离子体自生磁场位型，同时对可能的重联电场进行测量。（2）研究了基于台面耀斑机制下的磁重联粒子加速问题，获得1.2MeV加速电子能谱，并且提出单纯的磁重联加速机制不能加速高能电子（3）利用X射线分幅相机测量了激光驱动磁重联的入流速度以及发生重联作用的时标等（4）在标度变换理论模型下模拟了日地空间磁重联现象。这些成果对理解等离子体基本物理问题磁重联提供新的途径，同时为构建天体磁重联模型提供实验参考。