بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله، تحولات غیر خطی الکترومغناطیسی پالس لیزر درون پلاسمای کم چگال برای دو مد الکترواستاتیک و الکترومغناطیس بررسی شده و رابطه آن با شتاب دهی الکترون ها و گرمایش پلاسما با استفاده از شبیه سازی ذره در سلول با کد ذره ای1D3V مطالعه شده است.
نتایج شبیه سازی نشان می دهند پراکنش های الکترومغناطیسی در پلاسمای کم چگال و حتی در زمان های اولیه سریع اتفاق می افتد و منجر به گرمایش کاتوره ای چند موجی پلاسما می شود. در ادامه مقایسه نمودار های بدست آمده از شبیه سازی نشان می دهند که بین مکانیسم های معمول شتابدهی مانند شکست موج غیر خطی در فصل مشترک خلا"- پلاسما و شتابدهی کاتوره ای، در غیاب مکانیسم شتاب دهی کاتوره ای که نمودار های مد الکترواستاتیک آن را نشان می دهند، برای لیزر پالس بلند هیچ گرمایش و تحول پالسی در پلاسما مشاهده نشده است. به عبارت دیگر، زمانی که طول پالس لیزر بزرگتر از طول موج غیر خطی پلاسما است، Lp pnl، مکانیسم های شتاب دهی شکست موج کم اهمیت شده و نقشی در گرمایش و شتاب دهی پلاسما ندارد.
مقدمه :
برهمکنش یک پالس لیزر پر شدت پدستال بلند با هدف منجر به تولید یک پیش پلاسما1 - کرونا - می شود که این پلاسمای تولید شده دارای چگالی های کمتر از چگالی بحرانی است، ne nc ، است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که پراکنش های الکترومغناطیسی در این پیش پلاسمای تولید شده که معمولا" دارای طول مقیاس از مرتبه چند ده میکرومتر است
به طور قابل ملاحظه ای می تواند بر گرمایش و شتاب دهی الکترون ها تاثیر بگذارد. یکی از موضوعات مهم در مبحث شتاب دهی الکترون ها منشا تولید و مکانیسم شتابدهی آنهاست، هر چند تحقیقات زیادی در این زمینه انجام شده است[1,2]، اما مکانیسم دقیق شتابدهی الکترون ها در پیش پلاسمای تولید شده هنوز معلوم نیست و جای بحث و تحقیق بسیار دارد. از جمله مکانیسم های شتابدهی معمول و مهم که با کد یک بعدی انجام شده است می توان به شکست موج غیر خطی در فصل مشترک خلا-پلاسما [3,4]2، برهمکنش غیر میدان عقبه3 و گرمایش ناشی از حرکت کاتوره ای[1,5,6]4 اشاره کرد.
از آنجا که گرمایش کاتوره ای چند موجی ناشی از حرکت آشوبگون الکترون ها درون امواج الکترومغناطیسی در خلاف جهت هم منتشر شونده به وجود می آید[7] ، این مکانیسم شتابدهی حتی در پیش پلاسمای کم چگال که محیطی مملو از امواج الکترومغناطیس پراکنده شده در جهات مختلف است بسیار محتمل بوده و به طور ذاتی ناشی از پراکنش های الکترومغناطیسی است.
با توجه به تحولات چگالی پلاسما از لحظه ورود پالس به درون پلاسما، اهمیت و سهم مکانیسم شتابدهی شکست موج در فصل مشترک خلا"- پلاسما نیز به پیچیدگی مساله شتابدهی افزوده می شود [3,4] که این مکانسیم شتابدهی در واقع با مکانسیم شتابدهی کاتوره ای تلفیق می شود. هر دو مکانسیم هنوز به طور کامل و دقیق توصیف نشده اند و نیازمند بررسی دقیق تری است
در این مقاله با استفاده از شبیه سازی ذره در سلول، تحولات غیر خطی پالس لیزر برای دو مد الکترواستاتیک و الکترومغناطیس بررسی شده و رابطه آنها با شتاب دهی الکترون ها و گرمایش ذرات پلاسما توصیف شده است. در ادامه مقایسه نمودار های بدست آمده از مد الکترواستاتیک - ES - 1 با مد الکترومغناطیس - EM - 2 نشان می دهد که بین مکانیسم های معمول شتابدهی مانند ، شکست موج غیر خطی در فصل مشترک خلا"- پلاسما که ذاتا" الکترواستاتیکی هستند و مکانیسم شتابدهی کاتوره ای، در غیاب مکانیسم شتاب دهی کاتوره ای که نمودار های مد الکترواستاتیک آن را نشان می دهند، برای لیزر پالس بلند هیچ گرمایش و تحول پالسی در پلاسما رخ نمی دهد. به عبارت دیگر، زمانی که طول پالس لیزر بزرگتر از طول موج غیر خطی پلاسما است، Lp pnl مکانیسم شتاب دهی شکست موج هم کم اهمیت شده و نقشی در گرمایش و شتاب دهی پلاسما ندارد.
مشخصه شبیه سازی ذره در سلول :
در شبیه ساز ی انجام شده از کد ذره در سلول نوشته شده توسط یزدان پناه[8] استفاده شده است.
وضوح فضایی 5 نانومتر - 200 سلول بر طول موج - با 64 ذره در هر سلول لحاظ شده و دمای اولیه پلاسما
در نظر گرفته شده و فرض شده است که یون ها ساکن و خنثی کننده پلاسمای زمینه باشند. نکته کلیدی آن است که شبیه ساز ی ها در دو مد مختلف الکترواستاتیک و مد الکترومغناطیس انجام شده اند.
در مد الکترواستاتیک با حفظ معادله حرکت الکترون های پلاسما و معادله پواسون که مرتبط کننده نوسانات الکترواستاتیک پلاسما به نوسانات چگالی است، برای چشم پوشی از تحولات پالس لیزر اعم از پراکندگی، انعکاس و مدولاسیون، جریان عرضی پلاسما که در معادله ماکسول موجود است، در نظر گرفته نمی شود. با اعمال این فرض، پاسخ اپتیکی پلاسما عملا" حذف شده و پالس لیزر هنگام انتشار در درون پلاسمادچار تحول نشده و بنابراین اثرات پراکنش های تابشی بر گرمایش پلاسما از بین می رود. در سر تا سر شبیه سازی طول پالس در رابطه p c / p Lp صدق می کند، به عبارت دیگر، در مد الکترومغناطیس پالس تحت تاثیر پراکنش و مدولاسیون قرار می گیرد.
بحث:
برهمکنش لیزر با پلاسما موجب به وجود آمدن میدان های الکترومغناطیسی پراکنده از جمله پراکنش رامان رو به جلو و عقب می شود [9] که پراکندگی رامان رو به عقب با آهنگ سریعتری رشد می کند
