Когерентное нелинейное взаимодействие волн в плазме - Вильхельмссон Х.
Скачать (прямая ссылка):
Следует отметить, что малые размеры областей взаимодействия в плазменной короне, окружающей твердые мишени (порядка 100 мкм), чрезвычайно затрудняют диагностику лазерной плазмы. Тем не менее удалось определить [89] пороговые значения характеристик различных нелинейных процессов и получить
189
Рис. 23.2. Зависимости электронной температуры Те и отражательной способности R от интенсивности лазерного излучения I при бомбардировке твердой дейтериевой мишени. Пунктиром показано пороговое значение интенсивности для параметрической неустойчивости. Из работы Yamanaka С., Yamanaka Т., Sasaki Т., Mizui J., Kang Н. В. Brillouin Backscattering and Parametric Double Resonance in Laser-Produced Plasma. — Phys. Rev. Lett., 1974, v. 32, p. 1038 — по разрешению авторов и Американского физического общества.
полезную информацию о влиянии этих процессов на излучение в надпороговой области (рис. 23.2).
Серьезная трудность при исследовании и интерпретации взаимодействия лазерного излучения с плазмой связана с тем, что излучение большой интенсивности может существенно влиять на профили плотности плазмы [92, 94]. В работе [93] в экспериментах по отражению было обнаружено спектральное уширение рассеянного света.
Проведенные до настоящего времени исследования возможности осуществления управляемого лазерного термоядерного синтеза указывают на необходимость значительного увеличения мощности лазерного излучения. Учитывая, что новые мощные лазерные установки находятся в стадии разработки, можно надеяться на дальнейший прогресс исследований нелинейного взаимодействия лазерного излучения с плазмой.
Численные эксперименты
Трудности аналитического описания деталей (а нередко и сущности) процессов нелинейного взаимодействия волн в реальных плазменных системах стимулировали проведение широких численных исследований нагрева магнитоактивной (и незамагничен-ной) плазмы [95—103] и нелинейных эффектов при взаимодействии лазерного излучения с плазмой [104—110]. Такие исследования вскрывают характерные особенности лабораторных систем, которые нелегко предсказать на основе использования аналитических методов.
Следует отметить, что с помощью численных экспериментов можно изучать и такие проблемы, которые пока недоступны лабораторному исследованию. Можно, например, ставить вопрос о том, что произойдет при увеличении мощности лазерного излучения до значений, далеких от современных возможностей экспериментальной техники.
190
Полученные в результате численных экспериментов фазовые пространства [97—99, 101, 103—105, 108, 109] дают ясное представление об эффектах когерентности и захвата, способствующее лучшему пониманию физической сущности рассматриваемых проблем и дальнейшим успехам в их аналитическом исследовании. Вместе с тем не следует забывать, что интерпретация результатов и даже осуществимость численных экспериментов нередко оказываются весьма проблематичными.
На рис. 23.3 приведены результаты численного исследования для случая, когда одновременно наблюдаются вынужденное ком-
t=о
О
?о ли
О 500 1000 1500
б
t‘440uj
ЩШ:
t = 17204
т
О 50 100 150 X
в
t-mow’
50
100
50
100
50
100
Рис. 23.3. Результаты численного эксперимента по вынужденному
Мандельштама — Бриллюэна:
рассеянию
-профиль плотности плазмы; 6—амплитуда электрического -распределение ионов в фазовой плоскости х—V *, г-
= 10; v /с=0,05; длина -
поля прошедшей волны; е — распределение электронов в фа-макс-'-е -°'5; M,/me = 1836; Г/Г, ~
150 с/<о0; число частиц — 20 000; число ячеек— 1024; шаг по i—2<о
л-1-
0"
V — скорость в единицах с. Из работы Forslund D. W., Kindel J. М., Lindman Е. L. Nonlinear Behaviour of Stimulated Brillouin and Raman Scattering in Laser-Irradiated Plasmas.—Phys. Rev. Lett. 1973, v. 30. p. 739 — по разрешению авторов и Американского физического общества
бинационное рассеяние и рассеяние Мандельштама — Бриллюэна. Начальный профиль плазмы изображен на рис. 23.3, а (лазерное излучение с частотой со0 падает справа и распространяется в плазме до области с плотностью около ямакс/Яс~0>5, где пс — критическая плотность, определяемая из условия (оре=?Оо).
191
Зависимость амплитуды прошедшего света от времени приведена на рис. 23.3,6. После 100%-ного прохождения в начальный момент времени наблюдается первый минимум при t — 500а»-1 , ¦обусловленный стимулированным комбинационным рассеянием. Второй минимум возникает при t— 1000а»-1 из-за наличия вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна. В дальнейшем происходит нагрев электронов, который приводит к увеличению глубины проникновения поля в плазму.
