帶電粒子在強激光和強磁場中的共振加速機制及其在實驗天體物理中的應(yīng)用.pdf

1、中國工程物理研究院博士學位論文帶電粒子在強激光和強磁場中的共振加速機制及其在實驗天體物理中的應(yīng)用姓名：劉紅申請學位級別：博士專業(yè)：等離子體物理指導教師：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，當比值為1時，將會出現(xiàn)電子能量的極大值，此處為共振峰。在遠離共振峰的地方，強磁場仍然對電子的運動起著關(guān)鍵作用。由圓偏振激光產(chǎn)生的軸向自生磁場，正處于這個位置，這使電子的能量遠低于由于有質(zhì)動

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：單粒子軌道描述、流體力學描述、符拉索夫方程和福克一普朗克方程描述、粒子模擬的研究特點、適用范圍，重點介紹了本論文主要模型一試驗粒子模型的優(yōu)點和缺點。為了弄清軸向自生磁場對激光場中電子的加速與準直，首先對軸向自生磁場的理論和實驗研究進行了回顧，并介紹了幾種常見的電子加速機制。特別強調(diào)了有質(zhì)動力加速，介

3、紹了單電子形式下有質(zhì)動力的表達式和流體力學形式下的表達式的聯(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激光和強自生磁場中的能量隨時間的演化圖，兩者符合得很好。特別強調(diào)由這種機制產(chǎn)生的電子，比分別由激光場和由激光場及準靜態(tài)電場產(chǎn)生的超熱電子，能量適中且準直性好。這類熱電子有利于一陜點火”方案的實現(xiàn)，此項研究結(jié)果，正式發(fā)表在PHYSICALREVIEWE69，066409(2004)。在第四章，我們試圖在天文中找到電子在強激光和強磁場

4、中的共振加速機制的應(yīng)用，因為在此機制的共振峰附近，電子在極短的時間內(nèi)(一兩個波長)就會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)強軸向磁場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，介紹了“哈勃”太空望遠鏡、超新星爆發(fā)及其遺跡、星系中的磁場等天文現(xiàn)象，對實驗室天體物理學，實驗室等離子體與天體等離子體的對應(yīng)關(guān)系和標度關(guān)系、實驗室所實現(xiàn)的極端物理實驗與天體現(xiàn)象的聯(lián)系做了介紹，最后，根據(jù)觀測所提供的

5、天體等離子體參數(shù)，給出了帶電粒子在強電磁波和強磁場中的共振加速機鍘的數(shù)值結(jié)果，同時指出，在這種加速機制作用下的高能電子發(fā)出同步加速輻射，與天文觀測相符合。在第五章，研究了電子在線偏振激光場和強環(huán)形自生磁場中的運動，對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，由于強磁場的出現(xiàn)，改交了激光有質(zhì)動力對電子的加速，電子在強激光和強磁場中的共振加速機制可以局部地發(fā)生，從而在環(huán)形磁場峰值處，出現(xiàn)對激光偏振方向依賴的高能電子，并分析了以往在實