激光等离子体中电子热输运现象的数值模拟

利用Fokker-Planck模拟并结合我们的数值模拟研究工作,对激光等离子体中电子非局域热输运现象进行了模拟计算与讨论.简要介绍了电子的非局域热输运的基本特性以及激光加热过程中温度烧蚀前沿稠密等离子体子区的预热效应、临界面附近的限流效应,以及冕区的反扩散与限流效应.结合Fokker-Planck模拟与相应流体模拟对比研究,探讨了限流因子的取值以及高强度激光作用下局域限流模型的局限性.     

电子磁流体模型及Biermann电池效应和位移电流效应

电子磁流体（Electron Magnetohydrodynamics,EMHD）理论在空间、天体等离子体物理以及纯电子等离子体物理领域,特别是磁场的产生、磁力线的重联等重要物理现象的研究中有广泛应用．近年来对一些空间、天体物理过程的实验室模拟以及相关的激光等离子体物理与高能量密度物理的研究中,等离子体物理过程的快尺度时空演化导致位移电流效应、Biermann电池效应等对电子磁流体模型的一些基本假设产生重要的修正．本文在讨论分析电子磁流体理论模型主要近似的基础上,研究了Biermann电池效应与位移电流引起的效应,并进一步讨论了这一些效应对一些重要等离子体物理过程的影响．     

激光脉冲与等离子体相互作用中高次谐波的产生

利用强激光照射金属材料，致使材料表面大量分子电离产生等离子体．该文从电子的运动方程出发，求解出了电子在激光场中运动的位置函数的解析解．发现除了包含基次及二次谐波外，它还包含有三次、四次等高次谐波．这说明激光脉冲与等离子体相互作用能够产生高次谐波．谐波次数越高，其系数越小．该文比较了基次与二次谐波的系数，其比值p＞1，与事实相符合。     

强激光在非均匀磁化电子-正电子-离子等离子体中的传播

利用相对论双流体模型研究了左旋圆偏振强激光在非均匀磁化电子-正电子-离子(electron-positron-ion,EPI)等离子体中的传播.通过考虑相对论效应和有质动力效应,系统的控制方程简化为一个包含有磁场效应和密度非均匀效应的修正非线性薛定谔方程,并进一步研究了调制不稳定性.数值模拟结果表明:外磁场强度,正电子与负电子密度比值的增加以及等离子体密度非均匀性会增强激光束的聚焦和成丝,导致强烈的调制不稳定性和成丝不稳定性,并引起激光束与等离子体之间强烈的非线性相互作用,出现了许多非线性现象.     

在激光尾场加速中电子密度和初始动量对其自注入及加速的影响

利用哈密顿理论给出了等离子体电子在尾场中捕获及其加速与激光、等离子体参量的关系表达式.讨论了等离子体电子密度和初始动量对电子自注入和加速的影响机制.研究结果表明:静止电子不能被尾场捕获并加速,而具有一定初始动量的电子容易自注入至激光尾场中并得到加速.等离子体密度越小,激光尾场场强越强,电子将获得更大的能量.2维粒子模拟结果与理论结论一致.所得结果对超强超短脉冲激光尾场加速电子的方案具有理论指导意义.     

氧化锌薄膜的室温受激紫外激光发射

报导了激光分子束外延生长氧化锌（ＺｎＯ）薄膜在室温下激子与激子碰撞及电子－空穴等离子体辐射复合所引起的受激紫外激光作用．研究结果表明ＺｎＯ薄膜的准量子点效应导致的激子空间约束在室温下激子受激激光发射起了重要作用     

各向异性等离子体的散射频谱

激光散射是高温等离子体诊断的主要手段之一.随着激光诊断技术的发展,目前高温等离子体诊断有从宏观诊断向微观诊断发展的趋势.由激光散射频谱不仅可以确定高温等离子体中的电子、离子温度和密度、外加磁场的大小和方向,而且可以探测等离子体的涨落和局域分布函数等微观信息. 本文从计及完全电磁相互作用的试探粒子方法出发,计算了高温等离子体中有川流存在情况下的激光散射频谱.计算结果表明: (i)由于高温等离子体中有川流存在所引起的各向异性效应,散射频谱中电磁相互作用对散射频谱有修正、附加修正在量级上为K_BT/m_■C~2、u_x~2/C~2(其中K_B为玻尔兹曼常数,C为光速,T、m_■分别为电子的温度、质量,u_■为束流垂直于散射波矢的速度分量).     

外加电场下激光诱导Al等离子体特性的实验研究

由Q-Nd∶YAG脉冲激光(波长1.06μm,脉宽10 ns)烧蚀Al靶产生等离子体.观测了在低气压和直流电场条件下的Al等离子体发射光谱.研究了激光功率密度和直流电场对各谱线强度的影响,分析了等离子体电子温度与激光能量之间的变化规律.结果表明,直流电场对铝原子谱线和离子谱线强度有显著的增强作用,铝等离子体的电子温度随激光功率密度持续增长.     

Compton散射下激光等离子体与自生磁场对电子的加速

应用电子与多光子集团非线性Compton散射模型,对多光子非线性Compton散射下激光等离子体和自生磁场对电子的加速进行了理论分析和数值模拟.结果表明,不仅由Compton散射光与入射光形成的耦合光以及耦合光与等离子体相互作用形成的自生磁场所构成的混合场能使做回旋共振运动的电子在较短的长度内加速到很高的能量,而且注入电子的初始参数及耦合光的参数对电子加速亦有较大影响.     

激光大气等离子体电子温度的空间分布特性

利用Nd：YAG激光器产生的1．06μm激光束（脉冲能量为500mJ，脉冲宽度为10ns，重复频率为10Hz）聚焦形成长约为8cm直径为5cm的激光大气等离子体柱，用光谱测量的方法，分别治平行于激光柬方向和垂直于激光束方向探测了该等离子体柱的空间分辨光谱，并由此反演得出电子温度空间分布特性．实验结果表明：激光大气等离子体中各种离子和电子呈橄榄形分布，即沿激光束方向分布不对称，而垂直激光柬方向对称分布，最高电子温度约为3000K．此结果对了解激光大气等离子体中各种处在不同状态的原子、分子和离子的空间分布特性提供了依据，进一步揭示了激光大气等离子体的微观结构．     

关于电子束运动问题的讨论

指出一些文献所给出电子束运动的结论是不妥的 ,并用电磁场规律讨论两平行电子间的相互作用问题。     

磁过滤弯管中的电子运动模式

研究了在磁场和电场综合模式下磁过滤弯管中电子的运动方式及其对离子运动方式所影响,在Bilek偏压模式下,更多的电子参与震荡运动,电子与粒子碰撞机会增大,导致电子向Bilek析扩散增强,这样会导致离子跟随电子也偏向下方,离子分布更为集中。     

微波等离子体电子回旋共振放电粒子模拟分析

电子回旋共振放电产生的等离子体在微电子工业中材料加工、空间电推进方面有着广泛的应用。为了研究微波等离子体电子回旋共振的放电特性,使电子回旋共振放电产生的等离子体密度和能量转换效率更高,建立了微波等离子体电子回旋共振放电的1D3V模型,描述了带电粒子在外加静磁场、微波场共同作用下的微观运动。结果表明:微波频率为2.45 GHz时,随着静磁场磁感应强度的增加,平均电子能量先持续增大达到峰值,随后又不断地减小,且在0.087 5 T时电子加速效果最明显,结果符合电子的回旋频率公式,验证了该模型的正确性;共振区域内,发现在0.087 5 T磁感应强度下,微波频率为2.45 GHz下拟合的电子速度分布才与微波电场分布趋势相似,说明微波电场推动了电子运动。这为进一步研究微波等离子体放电的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模拟奠定了基础,也为进一步研究微波等离子体源中粒子产生效率及微波等离子体源的物理性质提供了重要参考。     

KELBG势在高温、稠密氢等离子体压强中的应用

采用直接蒙特卡洛路径积分方法计算了稠密氢等离子体的物态方程.为了充分考虑电子的量子效应,以Kelbg势作为电子-电子,电子-离子相互作用势.给出了完整的物态方程公式及数值解,并进行了讨论.     

氢原子三重微分散射截面与能量分配的关联

氢原子单离化是原子物理中最简单的三体相互作用问题，但是由于长程的库仑作用的影响，带电粒子与原子碰撞的单离化过程仍有许多难以克服和未能解决的困难．利用跃迁矩阵元的后滞形式，同时，取末态波函数为库仑波函数和平面波函数的乘积，在初态里，波函数被分成两部分，一部分是库仑波和氢原子基态的乘积，另一部分是两电子的相对运动的库仑波和质心运动的平面波．对于快电子仍然取为平面波，如果在忽略了质心运动和两电子相对库仑波的指数因子的情况下，所得出的理论计算结果与一些实验在数值上符合得较好。     

放电室长径比与磁体间距对离子推力器原初电子约束性能的影响

电子约束效率为反映环尖型离子推力器放电性能的重要参数之一,一般采用原初电子的平均约束长度来表征。对于离子推力器,放电室长径比与磁体间距会影响磁场分布,进而影响电子约束效率。放电室长径比与磁体间距的最佳状况是原初电子在放电室中保持尽量长的时间。以二维轴对称的离子推力器放电室为几何模型,发展了计算原初电子运动情况的代码。通过求解Maxwell方程和电子运动方程得到磁场和电子的运动轨迹,从而得到原初电子的平均约束长度。对放电室长径比与磁体间距对原初电子约束性能的影响进行了参数化研究,总结了只考虑原初电子约束时放电室长径比与磁体间距的选取原则。     

Cyclotron resonance of composite fermions.

It is occasionally possible to interpret strongly interacting many-body systems within a single-particle framework by introducing suitable fictitious entities, or 'quasi-particles'. A notable recent example of the successful application of such an approach is for a two-dimensional electron system that is exposed to a strong perpendicular magnetic field. The conduction properties of the system are governed by electron-electron interactions, which cause the fractional quantum Hall effect. Composite fermions, electrons that are dressed with magnetic flux quanta pointing opposite to the applied magnetic field, were identified as apposite quasi-particles that simplify our understanding of the fractional quantum Hall effect. They precess, like electrons, along circular cyclotron orbits, but with a diameter determined by a reduced effective magnetic field. The frequency of their cyclotron motion has hitherto remained enigmatic, as the effective mass is no longer related to the band mass of the original electrons and is entirely generated from electron-electron interactions. Here we demonstrate enhanced absorption of a microwave field in the composite fermion regime, and interpret it as a resonance with the frequency of their circular motion. From this inferred cyclotron resonance, we derive a composite fermion effective mass that varies from 0.7 to 1.2 times that of the electron mass in vacuum as their density is tuned from 0.6 x 10(11) cm(-2) to 1.2 x 10(11) cm(-2).     

Electron dynamics in collisionless magnetic reconnection

Magnetic reconnection provides a physical mechanism for fast energy conversion from magnetic energy to plasma kinetic energy. It is closely associated with many explosive phenomena in space plasma, usually collisionless in character. For this reason, researchers have become more interested in collisionless magnetic reconnection. In this paper, the various roles of electron dynamics in collisionless magnetic reconnection are reviewed. First, at the ion inertial length scale, ions and electrons are decoupled. The resulting Hall effect determines the reconnection electric field. Moreover, electron motions determine the current system inside the reconnection plane and the electron density cavity along the separatrices. The current system in this plane produces an out-of-plane magnetic field. Second, at the electron inertial length scale, the anisotropy of electron pressure determines the magnitude of the reconnection electric field in this region. The production of energetic electrons, which is an important characteristic during magnetic reconnection, is accelerated by the reconnection electric field. In addition, the different topologies, temporal evolution and spatial distribution of the magnetic field affect the accelerating process of electrons and determine the final energy of the accelerated electrons. Third, we discuss results from simulations and spacecraft observations on the secondary magnetic islands produced due to secondary instabilities around the X point, and the associated energetic electrons. Furthermore, progress in laboratory plasma studies is also discussed in regard to electron dynamics during magnetic reconnection. Finally, some unresolved problems are presented.     

远程氧等离子体对大肠杆菌的灭菌效果与机理研究

采用Langmuir双电子探针和电子自旋共振诊断技术分别定量测定了远程氧等离子体场中各活性物种的分布.考察了远程氧等离子体对医用聚四氟乙烯表面大肠杆菌的灭活作用,并通过对灭菌后菌悬液蛋白质泄漏量、脂质过氧化物生成量及细菌DNA电泳图的测定分析了其灭菌机理.结果表明:远程氧等离子体中的电子、离子浓度随远程距离的增大迅速降低,30 cm后接近于0,而自由基浓度则相对降低缓慢,40 cm处仍为初始浓度的70%;远程氧等离子体60 s内的灭菌效果值在放电区可高达3.42,在远程距离40 cm以内也均在3.32以上,符合消毒灭菌的要求;电子、离子对细菌细胞膜的快速刻蚀及自由基对胞膜中多价不饱和脂肪酸的攻击分别是放电区及远程30cm后灭菌的主要原因.氧等离子体中紫外光的灭菌效果微弱.     

多普勒效应教学研究

在多普勒效应教学中,利用波源与观察者之间的相对运动,对波源和观察者建立不同的坐标系,写出不同坐标系波函数的表达式;根据波传播过程中在两个坐标系中有相同的相位,分析导出多普勒效应,并引伸至相对论下的多普勒效应。