پلاسما به خاطر میدان های الکتریکی قویی که می تواند در آن ایجاد شودمحیط ایده آلی برای شتاب دادن ذرات باردارمی باشد. تاکنون چندین طرح عملی و آزمایشگاهی برای شتاب دهی ذرات با استفاده از امواج پلاسمایی با موفقیت به اجرا در آمده ا ند. موفق ترین این طرح ها آنهایی هستند که بر اساس امواج پلاسمای نسبیتی دامنه بزرگ که توسط لیزرهای پرتوان تولید شده اند، کار می کنند. در جدیدترین آزمایش های مربوط به این نوع شتاب دهندهها، باریکه های الکترونی با انرژی بیش از 200mev تولید شده است .در شتابدهنده های موج زنش پلاسمایی به واسطه اندرکنش دو لیزر قوی باپهنای پالس بزرگ در داخل پلاسما موج زنشی سبب تحریک نوسانات بار-فضا وشتاب گرفتن ذرات می گردد.درحالت تشدید وقتی که اختلاف فرکانس دو موج برابربافرکانس لانگمویر پلاسما باشد.حدوث ناپایداری پارامتریک رامان می تواند سبب رشد موج پلاسمایی وبالا رفتن سرعت ذرات گردد. موج زنش می تواند به عنوان قطاری از پالسهای کوتاه عمل نماید که هرکدام سبب ایجاد یک میدان ردپایی می شوند ودرنتیجه دامنه موج ایجاد شده از زنش میدانهای ردپایی نسبت به حالتی که از یک لیزر استفاده می شود به مراتب بیشتر خواهد بود. در این پایان نامه ابتدا فیزیک حاکم بر انواع شتاب دهنده های لیزر-پلاسمایی مروری خواهد شد.سپس چگونگی تولید امواج در شتابدهنده های موج زنش پلاسمایی به طور مفصل بررسی خواهد شد.

پلاسمای زوج از ذرات باردار با جرم های یکسان و بارهای مخالف مانند الکترون و پوزیترون تشکیل شده است و مطالعه آن در اخترفیزیک، ستاره های نوترونی، پالسارها، شراره های خورشیدی و در آزمایش های همجوشی هسته ای (جایی که از لیزرهای فوق العاده پر شدت استفاده می شود) دارای اهمیت زیادی می باشد. با توجه به جرم های مساوی ذرات بر خلاف پلاسماهای معمولی در اینجا نوسانات یون های مثبت نیز می توانند در انتشار امواج نقش اساسی بازی کنند و سبب ایجاد تفاوت های اساسی در نحوه انتشار امواج شوند. در این پایان نامه به بررسی انتشار امواج الکترومغناطیسی و الکترواستاتیکی در پلاسمای سرد و گرم خواهیم پرداخت و اثر حضور زوج بر پاشندگی انواع مختلف امواج بررسی خواهد شد. انتشار امواج نسبیتی در پلاسمای زوج مغناطیده با استفاده از تئوری سیالی مورد مطالعه قرار گرفته و به عنوان یک کار جدید تأثیر باریکه اولیه بر پاشندگی پلاسمای زوج، مورد بررسی واقع شده است. نشان داده شده است، در صورتی که انرژی جنبشی باریکه اولیه خیلی بیشتر از انرژی جنبشی پلاسمای زوج ثانویه باشد، می توان از رابطه پاشندگی شش مد مستقل به صورت تحلیلی استخراج کرد. مسئله ناپایداری این امواج بررسی شده و در حالات حدی نرخ رشد حاصل شده است

یکی از مسایل مورد توجه در فیزیک نجومی، فیزیک هسته ای و فیزیک پلاسما، بررسی انتشار موج در پلاسما و همچنین بررسی وجود ناپایداری ها در پلاسما می باشد. ما در این تحقیق سعی کردیم بخش بسیار کوچکی از این مهم را به انجام برسانیم. در این تحقیق سعی شده است انتشار موج در پلاسمای زوج مورد بررسی قرار گیرد و تفاوت آن با پلاسمای معمولی به دست آید. همچنین اثر میدان مغناطیسی را بر نرخ رشد و آستانه ی ناپایداری رامان در پلاسمای زوج بررسی کردیم. در بخش مربوط به انتشار امواج در پلاسمای زوج ملاحظه میشود، در مد غیرعادی، هنگامی که امواج به صورت عمود بر میدان مغناطیسی در گاز الکترونی منتشر می شوند، همانند پلاسمای سرد مغناطیده عمل می کند. در این، حالت در ???_uh، موج عرضی خالص داریم و در فرکانس های خیلی بزرگ موج حاصل، موج طولی خالص است. در ???_c یا به عبارتی هنگامی که e_x=e_y است، موج نه عرضی و نه طولی است. در این حالت در مد عادی، امواج به صورت امواج عرضی خالص در گاز الکترونی منتشر می شوند. همچنین انتشار موج درگاز الکترونی در راستای میدان مغناطیسی، در مد عادی، عرضی خالص است، و در مد غیرعادی، موج طولی خالص است. همچنین انتشار موج در پلاسمای زوج خالص در راستای عمود بر میدان مغناطیسی، در مد عادی، موج عرضی خالص است و در مد غیرعادی، در فرکانس هیبریدی، موج طولی خالص است و انتشار موج در پلاسمای زوج خالص در راستای میدان مغناطیسی، در مد عادی، همانند انتشار در راستای عمود بر میدان مغناطیسی، موج عرضی خالص است و در مد غیرعادی، از آن جایی که e ?.k ??e ?×k ? است، موج حاصل، نه موج عرضی خالص و نه موج طولی خالص است. در بررسی ناپایداری رامان، با توجه به نمودارهای نرخ رشد ملاحظه می شود که افزایش فرکانس موج دمش، بر روند کلی نرخ رشد (برحسب فرکانس سیکلوترونی تاثیر چندانی ندارد، اما مقدار نرخ رشد با افزایش فرکانس موج دمش، به طور کلی، افزایش می یابد، و با افزایش فرکانس سیکلوترونی، مقدار نرخ رشد، به طور کلی، افزایش می یابد. با توجه به نمودارهای آستانه ی رشد ناپایداری رامان، ملاحظه می شود که افزایش فرکانس موج دمش بر آستانه ی رشد تاثیری چندانی ندارد و به طور ناچیز مقدار آن کاهش می یابد و با افزایش میدان مغناطیسی آستانه ی رشد کاهش می یابد.

اگرچه بنا به گفته ای نزدیک به 99% دنیا در حالت پلاسما قرار دارد ولی روی کره زمین پلاسما ی طبیعی وجود ندارد و برای اهداف مختلف باید آن را در آزمایشگاه ایجاد کرد. برای ایجاد پلاسما، باید گازی را در محفظه ای محبوس و به روش های مختلف آن را تبدیل به پلاسما کرد. پلاسمای ایجاد شده ناگریز از برهمکنش با دیواره محفظه بوده و پدیده های زیادی به خاطر این برهمکنش، قابل شناسایی است که غلاف پلاسمایی مهمترین آنها می باشد. غلاف پلاسمایی ناحیه ای به ضخامت چند طول دبای بین دیواره و پلاسما است که در آن بر خلاف محیط پلاسما، چگالی یونها و الکترونها برابر نیستند و پتانسیل الکتریکی شدیدی نسبت به محیط پلاسما وجود دارد. برای پلاسماهای الکتروپوزیتیو (پلاسماهای با یونهای مثبت) در ناحیه غلاف، چگالی یونها بیشتر از الکترونها بوده و غلاف، دارای بار خالص غیر یکنواخت مثبت می باشد. در این پایان نامه، ابتدا به فیزیک ناحیه ی غلاف پرداخته شده و مختصه های آن مانند طول ناحیه ی غلاف و پتانسیل ناحیه ی غلاف با تقریب خام بررسی شده است. سپس معادلات حاکم بر ناحیه ی غلاف با جزئیات کامل استخراج می شود. آنگاه برای اینکه دیدی نسبی در مورد این ناحیه داشته باشیم، معادلات بدست آمده را بصورت عددی حل و نمودار تغییرات کمیت ها را رسم می کنیم. یکی از مهم ترین مشکلات موجود در مورد ناحیه ی غلاف، مشخص کردن مرز بین پلاسما، غلاف و پیش غلاف است. همچنین با معرفی روش بسط های مجانبی و اعمال آن به مجموعه ی معادلات، عبارتی تقریبی برای پتانسیل ارائه می شود. در پایان، ناپایداری غلاف پلاسمایی را بررسی و نرخ رشد آن را به دست آورده و نمودار تغییرات آن را رسم می کنیم.

پراکندگی تحریکی رامان یک ناپایداری پارامتریک است که در آن یک موج بلند دامنه الکترومغناطیسی فرودی به یک موج الکتروستاتیک پلاسمایی (یا موج بار فضا) و یک موج الکترومغناطیس دیگر واپاشیده می شود.هرگاه موج الکترومغناطیسی واپاشیده در خلاف جهت موج اولیه (موج پمپ) حرکت کند به آن پس پراکندگی رامان می گویند. در این حالت نرخ رشد موج واپاشیده نسبت به حالتی که دو موج هم راستا هستند بیشتر است. آزمایشات فراوان وقوع این ناپایداری در اندرکنش پالس های کوتاه لیزری در پلاسما را مورد تایید قرار داده است. این پدیده یک مکانیسم اساسی در لیزر های الکترون آزاد، گرمایش اولیه پلاسما در ماشینهای همجوشی پلاسما و نیز روشی برای تقویت پالسهای کوتاه لیزری در داخل پلاسما می باشد.همچنین از آن می توان برای کوتاه تر کردن نیم پهنای امواج لیزری استفاده کرد. در این پایان نامه تاثیر تغییرات پهنای پالس بر دینامیک رشد ناپایداری رامان بررسی می شود.ابتدا ضمن مطالعه ی مقدماتی به فرمول بندی مسئله پرداخته و معادلات غیر خطی مسئله حاصل شده اند. در رژیم خطی معادله ی پاشندگی به دست آمده و در رژیم غیر خطی با استفاده از نرم افزار fortran این پدیده شبیه سازی شده و اثر پهنای پالس لیزری بر دینامیک مسئله بررسی شده است. تاثیر نیم پهنای پالس لیزری بر نرخ رشد موج دانه و نیز دینامیک ذرات مورد بررسی واقع شده است. مشاهده می شود با افزایش نیم پهنا نرخ رشد افزایش پیدا می کند ولی در شدت بالا (شدت های نسبیتی ضعیف) با افزایش نیم پهنا نرخ رشد کاهش پیدا می کند.

ستون پلاسمای استوانه ای از جمله پلاسماهایی است که می تواند بخاطر تخلیه الکتریکی یک گاز در داخل یک استوانه بوجود بیاید. چنین سیستمی دارای کاربردهای زیادی از جمله در لیزرهای گازی است. در ادامه می خواهیم چنین پلاسمایی را مدلبندی کرده و فیزیک آن را بررسی کنیم. برای مدّتهای طولانی، دو مدل و نظریه برای بررسی و توصیف ستون مثبث یک تخلیه dc وجود داشته است. این دو مدل برای حالتهای خاصی صادق هستند. یکی مدل سقوط آزاد تونکس و لانگمیر (1929) و دیگری مدل پخش دو قطبی که توسط شاتکی پیشنهاد شده، است. نظریه اول اغلب وقتی قابل استفاده است که مسیر آزاد میانگین برخورد یون و ذرات خنثی بسیار بزرگتر از شعاع ستون مثبت باشد، نظریه دوم وقتی بکار برده میشود که فشار در داخل ستون مثبت بسیار بالا است، بطوریکه مسیر آزاد میانگین کوچکتر از شعاع ستون پلاسما باشد. به عبارت دیگر، نظریه اول برای پلاسماهای با فشار پایین و دومی برای پلاسماهای با فشار بالا صادق هستند. در هر دو نظریه، پلاسما شبه خنثی در نظر گرفته میشود و لذا ناحیه غلاف پلاسما که شبه خنثی بودن در آن نقض میشود، بوسیله این مدلها قابل توجیه نیست. به علاوه نقش اینرسی یونها در این دو مدل نادیده گرفته میشود. اگر چه میتوان برخی از این محدودیتها را نادیده گرفته و مدلی عامتری ارائه داد، ولی از لحاظ نظری، دست و پنجه نرم کردن با این مدلها بسیار مشکل خواهد بود. لذا استفاده از روشهای عددی و شبیه سازی عددی شاید نتواند در فهم فیزیکی این سیستم برای حالتهای عامتر چاره کار مفید باشد. سیستم استوانه ای و محور z در امتداد محور آن انتخاب شده است و حاوی گاز آرگون است. فرض میشود که شعاع استوانه r در مقایسه با طول آن l بسیار کوچکتر است. این فرض در بسیاری از کاربردها از جمله لیزرهای گازی، لامپهای فلورسنت و غیره موجه به نظر میرسد. فشار نوعی در این گونه سیستمها در حدود p=10torr، جریان در حدود i=5-50a و شدّت میدان الکتریکی در امتداد محور بین e=5-10v/cm است. چگالی گاز بکاربرده شده در حدود 16^10×n0=2 تا 15^10×n0=3 است. دمای گاز و دمای یونها میتواند مقادیری در حدود 3000k و 5000k را اختیار کنند. دمای الکترونها نیز میتواند بین 20000k تا 50000k در تغییر باشد. به خاطر وجود تقارن استوانه ای، میتوان از مختصات استوانه ای zو ?و r برای وابستگی کمیات فیزیکی استفاده کرد. همانطور که اشاره شد انتظار میرود کمیات فیزیکی فقط به r وابسته باشند. پلاسما در ستون پلاسما به خاطر یونیزاسیون اتمها در برخورد با الکترونها بوجود می آیند. برای سادگی سیستم، فرض میشود فقط اتمهای خنثی آرگون و یونهای یک بار یونیزه آرگون در پلاسما وجود داشته باشند. بازترکیب الکترونها و یونها که منجر به ایجاد اتمهای خنثی میشوند در دیواره پلاسما روی میدهد. بازترکیب سه جسمی، یونیزاسیون اتمهای برانگیخته و بسیاری فرآیندهای بنیادی دیگر در نظر گرفته نمیشوند. نقش این فرآیندها درمقایسه با یونیزاسیون و بازترکیب بسیار کمتراست.

نتایج تجربی حاصل در مورد پلاسماهای فضایی وجود ذرات پر انرژی را آشکار می کند که از تابع غیر ماکسول تبعیت می کنند.که به وسیله تابع کاپا مدل بندی می شود.که پلاسماهای حاوی الکترون هاو یونای سرد و یون های گرم از تابع کاپا پیروی می کنند.که برای پلاسمای پایستار دارای جواب سالیتونی و برای پلاسمای اتلافی دارای جوابی به شکل امواج ضربه می باشد.این مدل برای امواج غیر خطی با دامنه متناهی صادق است ولی برای امواج با دامنه دلخواه از روش شبه پتانسیل ساگدیف استفاده می شود.

نامخانوادگیدانشجو: حسینی فرادنبهنام: فرخنده عنوانپایان نامه:انتشار چند بعدی امواج الکترومغناطیسی نسبیتی در پلاسما استادراهنما:دکتر جعفر برهانیان استاد مشاور: دکتر ناصر سپهری جوان مقطعتحصیلی:کارشناسی ارشدرشته: فیزیک گرایش: بنیادیدانشگاه:محققاردبیلی دانشکده:علومتاریخدفاع:18/12/1392 تعدادصفحات:126 چکیده: در این پایان نامه ابتدا معادله ای از نوع معادله گینزبورگ -لاندائوی مختلط که حاکم بر تحولات یک بعدی پالس اپتیکی در محیط اتلافی است به عنوان مدل انتخاب شده است. این معادله دارای جملاتی با ضرایب غیر خطیت وپاشندگی مختلط می باشد. همچنین جمله ای با ضریب مولفه موهومی سرعت گروه دارد. برای اینکه از اهمیت فیزیکی مولفه های مجازی این پارامترها آگاه شویم، نقش هریک از این پارامترها در انتشار یک پالس گاوسی مورد مطالعه قرار گرفته است. اثر هریک از جملات متناظر با مولفه های مجازی سرعت گروه، ضریب پاشندگی وضریب غیر خطیت بر دینامیک پالس گاوسی هم در فضای زمانی و هم در فضای فوریه (طیف) به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. سپسانتشار خطی امواج الکترومغناطیسی در پلاسما بررسی می شود. لذا مدهای طبیعی خطی سیستم در پلاسمای مغناطیده به صورت خلاصه مرور شده است. سپس برهمکنش غیر خطی لیزر با پلاسما معرفی شده است تا بتوان پارامترها و تعاریف اصلی این شاخه از فیزیک پلاسما را مشخص کرد. برهمکنش غیر خطی پرتو الکترومغناطیسی با دامنه بلند در پلاسمای نسبیتی نا مغناطیده بدون برخورد با استفاده از روش اختلال بررسی شده که در نهایت منجربه معادله شرودینگر غیر خطی سه بعدی با غیر خطیت مکعبی شده است. در چارچوب این نظریه پوش سالیتون های ناپایدارمی توانند برانگیخته شوند.این معادله همچنین بیانگر تعامل بین سه اثر خود کانونی شدن، خود مدولاسیون فاز وپراش امواج الکترو مغناطیسی حین انتشار در پلاسما است. بر پایه معادله شرودینگر به دست آمده امکان وقوع ناپایداری مدولاسیونی فضا -زمان به صورت دقیق بررسی شده وشرایط وقوع رمبش پرتوهای گاوسی و همچنین پرتو با نمایهsechکه هر دو دارایتقارنکروی هستند با استفاده از روش وردشی مورد کنکاش واقع شده است. همچنین تحولات زمانی جابجایی غیر خطی فاز مورد بررسی قرار گرفته است. نتیجه بدست آمده این است که طیف پرتوهای گاوسی وهمینطورsechدچار جابجایی آبی(bule shift)می شود.این جابجایی حاصل از خود مدولاسیون فاز می باشد. کلیدواژه ها: محیط اتلافی، پاشندگی، غیر خطیت، معادله گینزبورگ-لاندائوی مختلط، امواج الکترومغناطیسی، پلاسما، سالیتون، رمبش، ناپایداری مدولاسیونی، گلوله نوری، معادله شرودینگر غیر خطی(3+1)بعدی.

چکیده ندارد.