低噪声相对论Vlasov－Maxwell耦合研究激光等离子体相互作用

本课题通过低噪声Vlasov-Maxwell数值模拟，研究和探讨激光与大尺度等离子体相互作用所激发各种等离子体不稳定性的物理机理，以及碰撞效应在激光等离子体相互作用中的作用，具体研究内容为：受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)的耦合、竞争机制、离子声波在其中所起的作用、电子捕获对SRS的影响、受激电子声波散射在等离子体中的发展过程，碰撞和多组分离子对受激拉曼散射、受激布里渊散射的影响。期望通过理论分析和数值模拟得到碰撞效应对SRS、SBS的影响，认清之间的耦合竞争机制，多组分离子对SBS的影响，及激光在经过毫米量级低密度等离子体传播后，给出透过光的能量份额。本项目在未来神光装置能创造的大尺度等离子体条件下进行，对上述问题物理细节、规律和机理的深入理解，将对我国ICF物理实验设计具有现实意义。

本课题三年来，通过课题组人员的共同努力完成了课题的研究内容。共发表论文17篇、参加会议3次。本课题的研究范围为：受激拉曼散射、受激布里渊散射、电子声波散射的物理过程，包括电子捕获及碰撞对各个过程的影响及几种过程的相互耦合、竞争等过程。围绕着研究目标，取得的研究结果如下：.1)升级现有的Vlasov-Maxwell程序，使之能够在数千至上万个处理器上运行，在电子运动的Vlasov方程中加入了Krook碰撞项，使之能够研究电子-离子碰撞对受激拉曼散射的影响。.2)对电子-离子碰撞效应对受激拉曼散射、受激电子声波散射的研究结果发表在Phys. Plasmas、Chin. Phys. B、Plasma. Sci. Technology. 期刊上。.3)提出了利用受激拉曼散射产生THz辐射的思想，并利用程序进行了模拟，结果发表在Phys. Plasmas上。.4)对于高温低密度等离子体的情况，由于后向拉曼散射是强阻尼的，前向受激拉曼散射可以发生，但由于离子的运动产生的非线性效应如电子等离子体波衰变不稳定性、坑子的产生等，前向拉曼散射可以达到饱和，非线性效应极大的抑制了前向拉曼散射的高水平产生。.5)对于受激布里渊散射，通过数值模拟观测到了碳氢混合等离子体中的快慢声波模、级联散射及大于两个的散射峰。在氢等离子体中同样观测到了级联散射，多个声波模的散射。部分结果发表在Phys. Plasmas 、Chin. Phys. B、Plasma Physics. Controlled. Fusions 期刊上。.6)对于有离子参与的非线性过程，例如光栅与坑子的产生及光栅向坑子间的转化等问题进行了研究，结果发表在Phys. Plasmas 上。.7)对电子声波的研究，发现大振幅的电子声波可以演化为高次谐波、椭圆余弦波、一个周期结构分裂为大小不等的两个结构，产生束流结构等现象，并对这些现象进行了解释。该内容正在投稿中。.8)鉴于课题组人员兴趣广泛，本课题还开展了其它发面的研究。对于快点火中相对论电子的产生和输运问题的研究，部分结果发表在Phys. Plasmas 、Euro. Phys. Lett.等期刊上；对于大尺度下的激光等离子体相互作用进行了流体模拟研究部分结果已经发表在《科学通报》上。