بررسی پدیدۀ اختلاط فازی در حضور میدان‌های مغناطیسی همگن و غیرهمگن در برهم‌کنش لیزر پالسی فوق کوتاه با پلاسما با استفاده از شبیه‌سازی ذره‌ای دوبُعدی

بررسی مسئلۀ گرمایش پلاسما به دلیل کاربردهای گستردۀ آن از جمله پیش گرمایش پلاسما در حوزۀ گداخت محصورسازی لختی و گداخت محصورسازی مغناطیسی حائز اهمیت است. با عبور تپ لیزری پرشدت و فوق کوتاه از پلاسمای رقیق، بر اثر نیروی پاندرماتیو لیزری، موج پلاسمایی در پشت تپ لیزری و در راستای طولی ایجاد می‌شود. انرژی لیزر از طریق برهم‌کنش موج برانگیخته شده با ذرات پلاسما به محیط پلاسما انتقال داده می‌شود که به گرمایش پلاسما می‌انجامد. با افزایش شدت لیزر و چگالی پلاسما، پدیدۀ شکست موج ایجاد شده و بیش‌ترین گرمایش پلاسما در این دامنه اتفاق می افتد. در این مقاله، تاثیر اعمال میدان مغناطیسی همگن در دامنه های کمتر از دامنۀ شکست موج در امواج پلاسمای ناشی از انتشار تپ لیزری پرشدت و فوق کوتاه در پلاسمای رقیق با روش شبیه‌سازی ذره ای دوبعدی بررسی می‌شود. نتایج نشان می دهد که اِعمال این میدان مغناطیسی سبب اعوجاج و شکست امواج پلاسما بر اثر پدیدۀ اختلاط فازی می‌شود. علاوه بر این، نتایج شبیه‌سازی نشان می دهد با اِعمال میدان مغناطیسی غیرهمگن اثرات شکست موج سریع تر از حالت همگن ظاهر می شوند. بنابراین، در شدت های متوسط لیزری و چگالی های پلاسمای کم، می توان با اعمال میدان های مغناطیسی همگن و غیرهمگن به بیشینۀ گرمایش پلاسما دست یافت.

Research Paper: Investigation of Phasemixing Phenomenon in Presence of Homogeneous and Inhomogeneous Magnetic Fields in the Ultrashort Laser Pulse Interaction with Plasma Using 2D PIC Simulation

Investigation of plasma heating is of crucial importance because of its extensive applications including plasma preheating in inertial confinement fusion and magnetic confinement fusion. By propagation of a highpower ultrashort laser pulse through the underdense plasma, the plasma wave is excited in the longitudinal direction behind the laser pulse due to the laser pondermotive force. The laser energy is transferred to the plasma environment via the laser plasma interaction with the particles, so leading to plasma heating. By increasing the laser intensity or plasma density, the wavebreaking phenomenon occurs. The maximum plasma heating occurs in the wavebreaking amplitude. In this paper, the effects of applying a homogenous magnetic field on the plasma wave excited by the propagation of highpower ultrashort laser pulse in the plasma in the amplitudes below the wavebreaking amplitude is investigated, using the 2D PIC simulation method. The results show that the application of this field causes the excited wave to distort and break due to the phasemixing phenomenon. Moreover, the simulation results show that by applying an inhomogeneous magnetic field, the wavebreaking effects appear sooner than the homogenous one. Therefore, in the moderate laser intensities and low plasma densities, it is possible to gain the maximum heating of plasma by applying the homogenous and inhomogeneous magnetic fields.