帶電粒子在強(qiáng)激光和強(qiáng)磁場(chǎng)中的共振加速機(jī)制及其在實(shí)驗(yàn)天體物理中的應(yīng)用.pdf

1、中國(guó)工程物理研究院博士學(xué)位論文帶電粒子在強(qiáng)激光和強(qiáng)磁場(chǎng)中的共振加速機(jī)制及其在實(shí)驗(yàn)天體物理中的應(yīng)用姓名：劉紅申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：等離子體物理指導(dǎo)教師：賀賢土20040612J苧竺!立型坐塑里蘭墮垂竺塑里!墮堡旦!!塞塑墨型塾率與經(jīng)典拉莫爾頻率的比值，當(dāng)比值為1時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)電子能量的極大值，此處為共振峰。在遠(yuǎn)離共振峰的地方，強(qiáng)磁場(chǎng)仍然對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)起著關(guān)鍵作用。由圓偏振激光產(chǎn)生的軸向自生磁場(chǎng)，正處于這個(gè)位置，這使電子的能量遠(yuǎn)低于由于有質(zhì)動(dòng)

2、力引起的超熱電子能量，而保證了很好的方向性，這正是我們所期待的點(diǎn)火電子，而線偏振激光則沒有這種效果。本章還介紹了目前等離子體的主要研究方法：?jiǎn)瘟Ｗ榆壍烂枋?、流體力學(xué)描述、符拉索夫方程和?？艘黄绽士朔匠堂枋?、粒子模擬的研究特點(diǎn)、適用范圍，重點(diǎn)介紹了本論文主要模型一試驗(yàn)粒子模型的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。為了弄清軸向自生磁場(chǎng)對(duì)激光場(chǎng)中電子的加速與準(zhǔn)直，首先對(duì)軸向自生磁場(chǎng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行了回顧，并介紹了幾種常見的電子加速機(jī)制。特別強(qiáng)調(diào)了有質(zhì)動(dòng)力加速，介

3、紹了單電子形式下有質(zhì)動(dòng)力的表達(dá)式和流體力學(xué)形式下的表達(dá)式的聯(lián)系和區(qū)別。之后，從解析和數(shù)值兩方面給出了電子在強(qiáng)激光和強(qiáng)自生磁場(chǎng)中的能量隨時(shí)間的演化圖，兩者符合得很好。特別強(qiáng)調(diào)由這種機(jī)制產(chǎn)生的電子，比分別由激光場(chǎng)和由激光場(chǎng)及準(zhǔn)靜態(tài)電場(chǎng)產(chǎn)生的超熱電子，能量適中且準(zhǔn)直性好。這類熱電子有利于一陜點(diǎn)火”方案的實(shí)現(xiàn)，此項(xiàng)研究結(jié)果，正式發(fā)表在PHYSICALREVIEWE69，066409(2004)。在第四章，我們?cè)噲D在天文中找到電子在強(qiáng)激光和強(qiáng)磁場(chǎng)

4、中的共振加速機(jī)制的應(yīng)用，因?yàn)樵诖藱C(jī)制的共振峰附近，電子在極短的時(shí)間內(nèi)(一兩個(gè)波長(zhǎng))就會(huì)被加速到極高的能量，形成高能粒子噴發(fā)，在天體物理環(huán)境中，特別有可能出現(xiàn)強(qiáng)軸向磁場(chǎng)和高頻電磁波的天體之一是脈沖星。本章圍繞脈沖星的發(fā)現(xiàn)、觀測(cè)，介紹了“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡、超新星爆發(fā)及其遺跡、星系中的磁場(chǎng)等天文現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)室天體物理學(xué)，實(shí)驗(yàn)室等離子體與天體等離子體的對(duì)應(yīng)關(guān)系和標(biāo)度關(guān)系、實(shí)驗(yàn)室所實(shí)現(xiàn)的極端物理實(shí)驗(yàn)與天體現(xiàn)象的聯(lián)系做了介紹，最后，根據(jù)觀測(cè)所提供的

5、天體等離子體參數(shù)，給出了帶電粒子在強(qiáng)電磁波和強(qiáng)磁場(chǎng)中的共振加速機(jī)鍘的數(shù)值結(jié)果，同時(shí)指出，在這種加速機(jī)制作用下的高能電子發(fā)出同步加速輻射，與天文觀測(cè)相符合。在第五章，研究了電子在線偏振激光場(chǎng)和強(qiáng)環(huán)形自生磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，對(duì)高能電子依賴激光偏振方向的現(xiàn)象做了數(shù)值分析。指出，由于強(qiáng)磁場(chǎng)的出現(xiàn)，改交了激光有質(zhì)動(dòng)力對(duì)電子的加速，電子在強(qiáng)激光和強(qiáng)磁場(chǎng)中的共振加速機(jī)制可以局部地發(fā)生，從而在環(huán)形磁場(chǎng)峰值處，出現(xiàn)對(duì)激光偏振方向依賴的高能電子，并分析了以往在實(shí)