超强激光等离子体中相对论性强朗缪尔湍动及其谱的研究

自从20世纪60年代激光问世以来，惯性约束聚变（ICF）就成为实现受控热核聚变的重要方式之一。随着激光强度的日益增加，惯性核聚变的"快点火"已成为可能。与之相关的一些关键科学问题，如：超强激光驱动的等离子体不稳定性、激光靶耦合物理等成为等离子体学科中最活跃、最丰富的研究领域之一。超强等离子体中会激发起相对论性强朗缪尔湍动，强朗缪尔湍动在解决许多实际问题（如等离子体加热、粒子加速等）时起着至关重要的作用。本课题采用动力论研究非线性场方程所描述的耦合相互作用，获得相对论性强朗缪尔湍动控制方程，对所得方程进行数值分析，探讨调制不稳定性、湍动坍塌特性以及湍动谱的演化，对超强激光等离子体中出现的相对论自聚焦、成丝、超热电子的产生等现象做出合理诠释，提出湍动加速机制用以解释超强激光等离子体中高能电子的产生。本课题研究可为解决惯性核聚变遇到的关键问题提供一定的理论依据。

随着实验技术的发展，科技人员可以制作功率高达10^21W/cm^2的超短脉冲强激光，在如此高强激光的作用下，等离子体中的电子振动速度将接近光速，此时不可避免地要计及相对论效应，同时在超强激光等离子体中将出现相对论性强朗缪尔湍动、相对论自聚焦、相对论不稳定性等现象。本课题在动力论的框架下研究了超强激光与等离子体相互作用时所激发的相对论性强朗缪尔湍动，通过理论推导获得了描述强朗缪尔波与离声波耦合过程的相对论性萨哈罗夫方程组, 研究了该方程组在一维情况下稳定孤子的特性，探讨了波-波相互作用过程中出现的调制不稳定性；基于完全协变的相对论性电磁流体力学方程，研究了超强激光等离子体中出现的双流不稳定性；获得了电子相对论参数对强朗缪尔湍动及不稳定性的影响；采用数值计算获得了湍动演化图像，形象地显示出相对论性自聚焦、成丝、密度空穴形成的过程，并对这些现象做出了合理诠释。本课题研究可为超强激光等离子体中相关的非线性现象提供新的理论参考，同时为解决惯性核聚变 “快点火”中遇到的一些实际问题提供一定的理论依据。