نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
پژوهشکده پلاسما و گداخت هستهای، پژوهشگاه علوم و فنون هستهای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 51113-14399، تهران-ایران
چکیده
در این مطالعه، تأثیر نیرویهای واکنش تابش در مدلهای کلاسیکی و کوانتومی بر رفتار پلاسما و میدانهای الکترومغناطیسی در برهمکنش لیزرهای فوق پرتوان (2W/cm 1023-1022~I) با پلاسماهای نزدیک بحرانی (حدود چند دهم تا چند برابر چگالی بحرانی) با استفاده از شبیهسازی ذره در سلول در یکبعد مکانی در فرمولبندیهای کلاسیکی و کوانتومی بررسی شده است. نتایج نشان میدهند نیروی واکنش تابش تأثیر قابلملاحظهای بر اختلالات پلاسمایی القا شده و تحولات آنها و همچنین تحولات خودسازگار لیزر دارد. بهطور کلی، در شدتهای فوقنسبیتی بالاتر (حدود 2W/cm 1023)، وارد کردن اثرات واکنش تابش باعث افزایش تزریق انرژی پالس به پلاسما میشود. این انرژی تزریق شده یا صرف افزایش انرژی مکانیکی اختلال پلاسما (افزایش جذب مؤثر) شده یا بهصورت تابش فوتونهای فرابنفش به بیرون هدر میرود. در شدتهای پایینتر (حدود 2W/cm 1022)، پدیده واکنش تابش بیشتر همانند یک نیروی اتلافی و اصطکاکی نقش ایفا کرده و میزان جذب مؤثر و دامنه موج پلاسمایی را کاهش میدهد. اگرچه اثر اصطکاکی نیروی واکنش تابش ملموس و قابلانتظار است، اثر مشاهده شده در افزایش جذب در شدتهای بالاتر، یک پدیده غیرخطی پیچیده و غیرعادی است. علاوه براین، وجود نیروی واکنش تابش باعث ایجاد بعضی تغییرات الگویی در موج پلاسمایی و اشباعشدگی در جذب انرژی لیزر میشود. در این پژوهش، ضمن گزارش این پدیدهها و همچنین مقایسههایی بین نتایج فرمولبندیهای کلاسیکی و کوانتومی، توضیحاتی در مورد آنها ارایه شده است.
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
Investigation of the classical and quantum radiation reaction effect on interaction of ultra high power laser with near critical plasma
نویسندگان [English]
- H. Hosseinkhani
- M. Pishdast
- J. Yazdanpanah
- S.A. Ghasemi
Plasma and Nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O. Box: 14399-51113, Tehran, Iran
چکیده [English]
In the present study, by using one dimensional PIC simulation, we investigate the radiation reaction (RR) effects on the plasma behaviors and self-consistent laser evolutions during the interaction of ultra-high intensity lasers (I~1022-1023 W/cm2) with near critical plasmas (one tenth to few times of the critical density). The results show that RR force has significant effects on the induced plasma disturbance and self-consistent laser evolutions. Generally, at higher intensities (~1023 W/cm2), introducing the RR effects leads to enhanced delivered electromagnetic energy to the plasma. This energy is either used to increase the mechanical energy of the plasma disturbance (increasing the effective absorption) or compensation of the radiation energy loss by ultra-violate photon emissions. At lower intensities (~1022 W/cm2), RR phenomenon mostly acts as a damping friction force, and reduces the effective absorption and the plasma wave amplitude. Though the friction effect of the RR force is conceptually well known, the observed enhanced absorption at higher intensities is a complex and anomalous nonlinear phenomenon. In addition, the presence of RR force introduces structural differences in the plasma disturbance and whence the absorption saturation. Here, along with reporting these phenomena as well as comparisons between the classical and quantum frameworks, their possible descriptions have been presented.
کلیدواژهها [English]
- Laser plasma interaction
- Classical radiation reaction
- Quantum radiation reaction