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利用汤姆逊散射研究激光等离子体中的皮秒热力学

DOI：10.1088/1361-6587/ab49db 期刊：Plasma Physics and Controlled Fusion 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 利用汤姆逊散射诊断技术测量了激光等离子体中等离子体条件的皮秒级演化过程。通过采用脉冲前沿倾斜补偿光谱仪，实现了皮秒级分辨的汤姆逊光谱测量。汤姆逊光谱显示等离子体条件从初始的冷态演化等离子体过渡到准稳态平衡等离子体。测得的平衡温度与广义热方程预测的标度关系Te ∝ n2/5和Te ∝ I 1/5相符。将该等离子体演化过程与拉曼增益带宽计算结果进行对比，发现存在随时间变化的共振失谐现象，这将限制线性区拉曼等离子体放大器的能量转移效率。
作者： Andrew Davies，D. Haberberger，J. Katz，S. Bucht，J. P. Palastro，R. K. Follett，D. H. Froula
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用汤姆逊散射研究激光等离子体中的皮秒热力学，以理解等离子体条件的演化及其对拉曼等离子体放大器效率的影响。

研究成果

提供的测量数据直接揭示了电子等离子体波的皮秒级演化过程，显示出从冷态到准稳态平衡条件的转变。平衡温度与热方程预测值偏差在15%以内，凸显了该模型对激光等离子体实验中等离子体条件预测的有效性。但观测到的较慢加热速率表明，为更精确描述早期动力学过程，需在模型中引入电离物理机制。

研究不足

该研究的局限性包括：热方程模型中假设氢等离子体完全电离且温度恒定，这可能无法充分捕捉涉及气体激发、电离和复合的早期动力学过程。此外，通过经验推导等离子体半径来进行热传导计算也可能引入近似误差。

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