بررسی تاثیر نیروی واکنش تابش کلاسیکی و کوانتومی بر برهم‌کنش لیزر فوق پرتوان با پلاسمای نزدیک بحرانی

در این مطالعه، تاثیر نیروی‌های واکنش تابش در مدل‌های کلاسیکی و کوانتومی بر رفتار پلاسما و میدان‌های الکترومغناطیسی در برهم کنش لیزرهای فوق پرتوان (2w/cm 10231022~i) با پلاسماهای نزدیک بحرانی (حدود چند دهم تا چند برابر چگالی بحرانی) با استفاده از شبیه‌سازی ذره در سلول در یک‌ بعد مکانی در فرمول‌ بندی‌های کلاسیکی و کوانتومی بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهند نیروی واکنش تابش تاثیر قابل ‌ملاحظه‌ای بر اختلالات پلاسمایی القا شده و تحولات آن‌ها و هم‌ چنین تحولات خودسازگار لیزر دارد. به ‌طور کلی، در شدت‌های فوق‌ نسبیتی بالاتر (حدود 2w/cm 1023)، وارد کردن اثرات واکنش تابش باعث افزایش تزریق انرژی پالس به پلاسما می‌ شود. این انرژی تزریق شده یا صرف افزایش انرژی مکانیکی اختلال پلاسما (افزایش جذب موثر) شده یا به ‌صورت تابش فوتون‌های فرابنفش به بیرون هدر می‌ رود. در شدت‌های پایین‌تر (حدود 2w/cm 1022)، پدیده واکنش تابش بیش‌تر همانند یک نیروی اتلافی و اصطکاکی نقش ایفا کرده و میزان جذب موثر و دامنه موج پلاسمایی را کاهش می‌ دهد. اگرچه اثر اصطکاکی نیروی واکنش تابش ملموس و قابل‌ انتظار است، اثر مشاهده شده در افزایش جذب در شدت‌های بالاتر، یک پدیده غیرخطی پیچیده و غیرعادی است. علاوه براین، وجود نیروی واکنش تابش باعث ایجاد بعضی تغییرات الگویی در موج پلاسمایی و اشباع‌ شدگی در جذب انرژی لیزر می ‌شود. در این پژوهش، ضمن گزارش این پدیده‌ها و هم‌چنین مقایسه‌هایی بین نتایج فرمول‌ بندی های کلاسیکی و کوانتومی، توضیحاتی در مورد آن‌ها ارایه شده است.

Investigation of the classical and quantum radiation reaction effect on interaction of ultra high power laser with near critical plasma

In the present study, by using one dimensional PIC simulation, we investigate the radiation reaction (RR) effects on the plasma behaviors and selfconsistent laser evolutions during the interaction of ultrahigh intensity lasers (I~10221023 W/cm2) with near critical plasmas (one tenth to few times of the critical density). The results show that RR force has significant effects on the induced plasma disturbance and selfconsistent laser evolutions. Generally, at higher intensities (~1023 W/cm2), introducing the RR effects leads to enhanced delivered electromagnetic energy to the plasma. This energy is either used to increase the mechanical energy of the plasma disturbance (increasing the effective absorption) or compensation of the radiation energy loss by ultraviolate photon emissions. At lower intensities (~1022 W/cm2), RR phenomenon mostly acts as a damping friction force, and reduces the effective absorption and the plasma wave amplitude. Though the friction effect of the RR force is conceptually well known, the observed enhanced absorption at higher intensities is a complex and anomalous nonlinear phenomenon. In addition, the presence of RR force introduces structural differences in the plasma disturbance and whence the absorption saturation. Here, along with reporting these phenomena as well as comparisons between the classical and quantum frameworks, their possible descriptions have been presented.