شبیه سازی ذره ای شتاب دادن الکترون ها در پلاسمای کم چگال

Authors

سحر درویش ملا

s darvish molla alzahra universityدانشگاه الزهرا مرجان چابک سوار

m chaboksavar alzahra universityدانشگاه الزهرا مینا جمشیدی

m jamshidi alzahra universityدانشگاه الزهرا محمودرضا روحانی

mr rouhani alzahra universityدانشگاه الزهرا حسین حکیمی پژوه

abstract

یکی از پدیده هایی که در برهم کنش لیزر-پلاسما، زمانی که توان لیزر به اندازه کافی قوی باشد، قابل مشاهده است، تولید امواج دنباله پلاسما با دامنه بزرگ و با سرعت فاز نزدیک به سرعت نور است. با استفاده از این امواج پلاسما، که در واقع یک اختلال چگالی الکترونی پلاسماست، می توان یک الکترون را تا انرژی های بالا، بیش از1tw ، شتاب داد. این روش شتاب دادن الکترون ها توسط پالس لیزر کوتاه و پر شدت به lwfa (laser wakefield accelerator) معروف است. هنگامی که پالس نور از پلاسما عبور می کند، جدایش باری که از این جا به جایی به وجود می آید، الکترون ها را به عقب پس می راند و نوسان پلاسما تولید می شود. موج دنباله که با سرعت فاز نزدیک به سرعت نور منتشر می شود، می تواند الکترون ها را به دام بیندازد. در شتاب دهنده های lwfa نیروی گرانروی نقش بسیار مهمی را ایفا می کند. از آن جایی که موج الکترومغناطیسی که در یک پلاسمای کم چگال منتشر می شود، دارای سرعت گروهی کمتر از سرعت نور است و بنابراین پتانسیل گرانروی ناشی از پالس لیزر با زمان صعود متناهی می تواند الکترون ها را به دام انداخته و تا انرژی های بسیار بالا شتاب دهد. در این مقاله، به بررسی شبیه سازی ذره در جعبه (particle in cell) دو بعدی الکترومغناطیسی تولید موج دنباله (wakefield) و شتاب دادن الکترون ها توسط پالس لیزر کوتاه و پر شدت در پلاسمای کم چگال می پردازیم. با استفاده از کد دو بعدی الکترومغناطیسی که با زبان برنامه نویسی فورترن 90 نوشته شده است، چگونگی انتشار امواج الکترومغناطیسی با اشکال مختلف در خلأ و پلاسما شبیه سازی شد. پس از اطمینان از صحت عملکرد کد دو بعدی الکترومغناطیسی، در نهایت این کد را نسبیتی کرده و پدیده تولید امواج دنباله پلاسما در پشت پالس فرودی و شتاب گرفتن الکترون ها در اثر عبور این پالس قوی شبیه سازی شد. مشاهده شد که در اثر عبور پالس الکترومغناطیسی متقارن، میدان طولی تولید شده در پلاسما، در پشت پالس، نسبت به حالتی که پالس فرودی نامتفارن باشد، ضعیف تر می باشد، و الکترون ها انرژی کمتری دریافت می کنند. در مورد پالس نامتقارن، زمانی که ناحیه جلوی پالس دارای زمان صعود کوچکتری نسبت به ناحیه عقب پالس است، موج دنباله قوی تری در پلاسما، در پشت پالس، تولید می گردد، و الکترون ها انرژی بیشتری دریافت می کنند. به عکس هنگامی که زمان صعود ناحیه جلوی پالس بزرگتر از ناحیه عقب پالس باشد، موج دنباله ضعیف تری در پلاسما، در پشت پالس، تولید می گردد و نسبت به حالت قبل، الکترون ها انرژی کمتری می گیرند.

Upgrade to premium to download articles

Sign up to access the full text

Already have an account?login

similar resources

شبیه‌سازی ذره‌ای شتاب دادن الکترون‌ها در پلاسمای کم چگال

One of the interesting Laser-Plasma phenomena, when the laser power is high and ultra intense, is the generation of large amplitude plasma waves (Wakefield) and electron acceleration. An intense electromagnetic laser pulse can create plasma oscillations through the action of the nonlinear pondermotive force. electrons trapped in the wake can be accelerated to high energies, more than 1 TW. Of t...

full text

شبیه سازی ذره ای ناپایداری رامان پیش رو در پلاسمای کم چگال

انتشار امواج الکترومغناطیسی در پلاسمای در حال تعادل، می تواند باعث به وجود آمدن ناپایداری ها در محیط شود. بررسی شرایط وجود و رشد این ناپایداری ها از اهمیت ویژه ایی برخوردار است. در این مقاله ناپایداری رامان پیش رو در پلاسما به روش شبیه سازی ذره ای بررسی می شود. چون محیط های پلاسمایی از نظر فیزیکی بسیار پیچیده هستند و بررسی آنها به روش تجربی پر هزینه است و از طرف دیگر هنگامی که پلاسما با آزمایش ...

full text

شبیه سازی ذره ای شتاب گرفتن الکترون ها و تولید امواج دنباله در پلاسما

یکی از پدیده هایی که در برهمکنش لیزر-پلاسما، زمانی که توان لیزر به اندازه کافی قوی باشد، قابل مشاهده است، تولید امواج دنباله پلاسما با دامنه بزرگ وبا سرعت فاز نزدیک به سرعت نور است. با استفاده از این امواج پلاسما، که در واقع یک اختلال چگالی الکترون پلاسماست، می توان یک الکترون را تا انرژی های بالا، بیش از 1 tw ، شتاب داد. این روش شتاب دادن الکترون ها توسط پالس لیزر کوتاه و پر شدت به lwfa معروف ...

شبیه‌سازی ذره‌ای ناپایداری رامان پیش رو در پلاسمای کم چگال

 Propagation of Electromagnetic wave in a plasma in the equilibrium state can cause instability. Investigating the situations in which this kind of instability occurs and grows is an important issue. In this paper, Raman instability in plasma is analyzed by particle simulation method. In terms of physical investigation, plasma is a very complicated environment and experimentally too expensive. ...

full text

شبیه سازی ذره ای میرایی غیر خطی لانداؤ در پلاسمای برخوردی و غیر برخوردی

در این مقاله میرایی غیر خطی لانداؤ و تولید مد bgk در پلاسمای غیر مغناطیده توسط شبیه سازی ذره ای بررسی می شود. بدین منظور محیط پلاسما که شامل الکترون ها و یون ها است به صورت ذره ای شبیه سازی شده است. یون ها به دلیل اینرسی زیاد زمینه ثابتی را تشکیل می دهند، در حالی که الکترون ها به صورت ذره ای در نظر گرفته شده و دینامیک آنها از طریق حل معادله نیوتن به دست می آید. در ناحیه غیر خطی پدیده به دام افت...

full text

بررسی عددی شتاب الکترون در یک کانال یونی به وسیله موج پلاسمای مغناطیده

In this paper, the acceleration of an electron in the interaction with a plasma wave and a magnetized ion-channel is analyzed. The electron dynamics is studied treated employing complete three-dimensional Lorentz force equations. A relativistic three dimensional single particle code is used to obtain the electron-trajectories. The results of numerical calculation show that the electrons can be ...

full text

My Resources

Save resource for easier access later


Journal title:
پژوهش فیزیک ایران

جلد ۱۱، شماره ۱، صفحات ۸۷-۱۰۷

Hosted on Doprax cloud platform doprax.com

copyright © 2015-2023