题目：相对论强度激光与固体靶相互作用的PIC模拟: 等离子体物理和原子物理过程
报告人：吴栋博士，中国科学院上海光学精密机械研究所
时间：1月26日 上午9:00
地点：中心会议室（教11 413-1）
摘要：相对论强度激光与固体相互作用是众多重要基础应用的物理基础，然而这一过程却相当复杂，一般来说其研究分为两个部分，第一部分是位于靶前的激光直接电子加速 (Direct Laser Acceleration)；第二部分为超热电子在固体靶内的输运过程，该过程会触发一系列的等离子体物理与原子物理现象的耦合，这些现象包含：冷电子回流，欧姆加热，电离动力学，韧制辐射等。因此，我的报告分也为两个部分，即激光直接电子加速和超热电子靶内输运过程。
相对论强度激光与固体靶相互作用会产生热电子，电子能量一般来说满足Beg标度律或Wilks标度律。然而当靶前存在预等离子体时，已有的标度律并不能描述超热电子的产生。我们提出并发展了两阶段电子加热和加速模型 [1]，分析了超热电子的来源，理论和计算机模拟都证实超热电子的温度满足的标度关系为T~(I L)^0.5，其中I为激光强度，L为等离子体密度标长。该模型还被进一步拓展到了圆偏振激光驱动的情形 [2]，以及激光与磁化固体靶相互作用的情形 [3, 4]。
靶前产生的超热电子在固体靶内输运，会对靶体进行欧姆加热，并触发电离动力学。由于相对论强度的激光与固体靶的作用时间尺度仅为ps甚至fs量级，因此我们不能用平衡态电离模型来处理该电离过程，需要采用非平衡态模型 [5]。非平衡态电离模型应包含碰撞电离过程，电子-离子复合过程以及等离子体对电离势的压低效应，该模型已经植入到了我们的PIC程序。固体靶的电子密度很高，因此碰撞效应在电子输运过程中往往起到了主导作用。而固体靶内部电离过程并不充分，通常是部分电离态 (Partially ionized)。已有的碰撞模型是基于高温和低密度等离子体态发展来的，且只能处理自由电子的碰撞。我们在已有的碰撞模型的基础上，将束缚电子的贡献也考虑进来。我们的PIC程序可以用来处理部分电离态的碰撞过程 [6]。对于高Z金属靶，当超热电子的能量超过10 MeV时，辐射阻尼将超越碰撞阻尼 [7]，并显著地影响电子的输运过程，因此需要对碰撞模型进行辐射修正。韧制辐射过程也加入到了我们的PIC程序，韧制辐射频谱和空间角分布可以在PIC模拟中自恰地予以计算。
参考文献：
[1] D. Wu et al, Nucl. Fusion 57, 016007 (2017).
[2] D. Wu et al, Phys. Plasmas 23, 123116 (2016).
[3] D. Wu et al, Plasma Phys. Control. Fusion, 59, 065004 (2017).
[4] D. Wu et al, Plasma Phys. Control. Fusion, 59, 095010 (2017).
[5] D. Wu et al, Phys. Rev. E 95, 023208 (2017).
[6] D. Wu et al, Phys. Rev. E 95, 023207 (2017).
[7] D. Wu et al, arXiv.1703.05127, Journal of Computational Physics, submitted...
报告人简介：
吴栋，2015年7月博士毕业于北京大学应用物理与技术研究中心，导师为贺贤土院士和郑春阳研究员。2013年7月至2014年7月曾在美国加州大学圣地亚哥分校联合培养。2015年7月入职上海光机所，任助理研究员。2016年3月至-2017年3月曾在德国耶拿赫姆霍兹研究所交流访问一年。
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