گرمايش الكترومغناطيسي غير خطي پلاسما در برهمكنش ليزر با پلاسماي كم چگال نسبيتي

Nonlinear electromagnetic plasma heating in laser interaction with relativistic under-dense plasma

در اين مقاله، تحولات غير خطي الكترومغناطيسي پالس ليزر درون پلاسماي كم چگال براي دو مد الكترواستاتيك و الكترومغناطيس بررسي شده و رابطه آن با شتاب دهي الكترون ها و گرمايش پلاسما با استفاده از شبيه سازي ذره در سلول با كد ذره ايD3V1 مطالعه شده است. نتايج شبيه سازي نشان مي دهند پراكنش هاي الكترومغناطيسي در پلاسماي كم چگال و حتي در زمان هاي اوليه سريع اتفاق مي افتد و منجر به گرمايش كاتوره اي چند موجي پلاسما مي شود. در ادامه مقايسه نمودار هاي بدست آمده از شبيه سازي نشان مي دهند كه بين مكانيسم هاي معمول شتابدهي مانند شكست موج غير خطي در فصل مشترك خلا - پلاسما و شتابدهي كاتوره اي، در غياب مكانيسم شتاب دهي كاتوره اي كه نمودار هاي مد الكترواستاتيك آن را نشان مي دهند، براي ليزر پالس بلند هيچ گرمايش و تحول پالسي در پلاسما مشاهده نشده است. به عبارت ديگر، زماني كه طول پالس ليزر بزرگتر از طول موج غير خطي پلاسما است، ، مكانيسم هاي شتاب دهي شكست موج كم اهميت شده و نقشي در گرمايش و شتاب دهي پلاسما ندارد.

In this paper, electromagnetic nonlinear laser pulse evolutions in under-dense plasma for two electrostatic and electromagnetic modes have been considered and it’s relationship with electrons acceleration and plasma heating investigated using particle in cell simulation code. Simulations indicate that electromagnetic scatterings in under-dense plasma occur fast even at the earlier times of interaction, which leads to multi-wave stochastic plasma heating. Furthermore, the obtained results present that among usual acceleration mechanisms such as nonlinear wave-break in vacuum-plasma interface and stochastic motions, in the absence of stochastic acceleration mechanism in electrostatic mode, for the long laser pulse, there is no heating and pulse evolution in the plasma. In other words, when the laser pulse length exceeds nonlinear plasma wavelength, , wave- break acceleration mechanism turns marginal.