Моделирование эффектов радиационного трения в динамике релятивистской лазерной плазмы

В.К. Крамаренко; А.В. Панченко; А.П. Михайлов; Н.С. Князев; А.В. Переверзева; С.Н. Горбач; Л.А. Макаревич; К.Ю. Талецкий; Ф.Ф. Каменец; Т.Ж. Есиркепов; С.В. Буланов

Моделирование эффектов радиационного трения в динамике релятивистской лазерной плазмы

В.К. Крамаренко¹, А.В. Панченко², А.П. Михайлов³, Н.С. Князев⁴, А.В. Переверзева⁵, С.Н. Горбач⁶, Л.А. Макаревич⁷, К.Ю. Талецкий⁸, Ф.Ф. Каменец⁹, Т.Ж. Есиркепов¹⁰, С.В. Буланов¹¹

научная статья Страницы: 16-24

¹ студент, Московский физико-технический институт, Институт вычислительной математики РАН
² аспирант, науч. сотрудник, Лаборатория физики нелинейных процессов, Московский физико-технический институт
³ студент, Московский физико-технический институт, Физический институт РАН
⁴ науч. сотрудник, Московский физико-технический институт
⁵ науч. сотрудник, соискатель научной степени, Московский физико-технический институт, Лаборатория физики нелинейных процессов
^6,7,8 студент, Московский физико-технический институт
⁹ д. ф.-м. н., профессор, зав. лабораторией, Московский физико-технический институт
¹⁰ к. ф.-м. н., науч. сотрудник, Japan Atomic Energy Agency, Московский физико-технический институт
¹¹ д. ф.-м. н., профессор, Japan Atomic Energy Agency, Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Ключевые слова: сверхмощное электромагнитное поле бесстолкновительная плазма релятивистская инженерия радиационное трение релятивистская лазерная плазма лазерное ускорение ионов

Аннотация

Реализован численный метод учета радиационного трения при моделировании взаимодействия релятивистки сильного излучения с веществом; проанализирован процесс ускорения ионов и электронов, устанавливается соответствие с известными результатами; приведены результаты исследований массово-ограниченных мишеней.

Для цитирования

Крамаренко В.К., Панченко А.В., Михайлов А.П., Князев Н.С., Переверзева А.В., Горбач С.Н., Макаревич Л.А., Талецкий К.Ю., Каменец Ф.Ф., Есиркепов Т.Ж., Буланов С.В. Моделирование эффектов радиационного трения в динамике релятивистской лазерной плазмы // Электромагнитные волны и электронные системы. 2012. № 7. С. 16–24.

Список источников

Jackson J. D. Classical Electrodynamics. New York: John Willey and Sons, 1999.
Ландау. Л. Д., Лифшиц Е. М.Теория поля. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2003.
Barut A. O. Electrodynamics and classical theory of fields and particles. New York: Dover, 1980.
Ginzburg V. L. Applications of Electrodynamics in Theoretical Physics and Astrophysics. New York: Gordon and Breach, 1989.
Iwanenko D. and Pomeranchuk I.On the maximal energy attainable in betatron // Phys. Rev. 1944. V. 65. P. 343 - 353.
Bruck H. Circular particle accelerators. Los Alamos: Los Alamos Lab, 1974.
Berezinskii V. S., Bulanov S. V., Dogiel V. A., Ginzburg V. L. and Ptuskin V. S.Astrophysics of Cosmic Rays. - Amsterdam: Elsevier, 1990.
Bulanov S. V., Esirkepov T. Zh., Habs D., Pegoraro F., Tajima T.Relativistic Laser-Matter Interaction and Relativistic Laboratory Astrophysics // Eur. Phys. J. D. 2009. V. 55. P.483-486.
Min Chen Radiation reaction effects on ion acceleration in laser foil interaction// Plasma Phys. Control. Fusion. 2011. V.53. P. 104 - 120.
Бэдсел Ч., Ленгдон А. Физика Плазмы и численное моделирование: пер. с англ. М.: Энегроатомиздат. 1989.
Хокни Р., Иствуд Дж. Численное моделирование методом частиц: пер с англ. М.:Мир. 1987.
Birdsall C. K. Particle-in-Cell Charged-Particle Simulations Plus Monte Carlo Collisions With Neutral Atoms // PIC-MCC, IEEE Trans. Plas. 1991. V. 19. P. 65-85.
Hazeltine R. D. and Mahajan S. M. Radiation reaction in fusion plasmas // Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. Oct. 2004. V. 70. P. 407-419.
Bulanov S. V., Esirkepov T. Zh., Kando M., Koga J. K., Bulanov S. S.Lorentz-Abraham-Dirac vs Landau-Lifshitz radiation friction force in the ultrarelativistic electron interaction with electromagnetic wave (exact solutions) // Phys. Rev. E. 2011. V. 84.Р. 605-610.
Tamburini M. Radiation reaction effects on radiation pressure acceleration// New J. Phys. 2010. V.12. P. 123 - 132.
Tamburini M., Pegoraro F., Di Piazza A., Keitel C. H., Liseykina T. V., Macchi A. Radiation reaction effects on electron nonlinear dynamics and ion acceleration in laser-solid interaction // Nuc. Inst. Meth. Phys. Res. A. 2010. V. 5. P. 456-465.
Campos M. Pinto and Mehrenberger M. Convergence of an adaptive semi-Lagrangian scheme for the Vlasov-Poisson system. Numerische Mathematik108. 2008. Р. 407-444.
Banks J. W., Hittinger J. A. F. A New Class of Nonlinear Finite-Volume Methods for Vlasov Simulation // IEEE Trans. Plas. 2010. V. 38. P. 2198 - 2207.
Cangellaris A. C.Numerical stability and numerical dispersion of a compact 2-D/FDTD method used for the dispersion analysis of waveguides // IEEE Microwave and Guided Wave Letters. 1993. V. 3. P.105-120.
Esirkepov T. Zh. Exact charge conservation scheme for Particle-in-Cell simulation with an arbitrary form-factor // Computer Physics Communications. 2001. V. 135. № 2. P. 144-153.
Particle In Cell Method A brief description of the PIC Method. Giovanni Lapenta Centrum voor Plasma AstrofysicaKatholieke Universiteit Leuven. 2009.
Власов А. А. О вибрационных свойствах электронного газа // ЖЭТФ. 1938.Т.3.С. 291?300.
Bunemann O. Time reversible difference procedures // J. Comp. Phys. 1967. V. 1. P. 517-535.
Boris J. P. Relativistic plasma simulation - optimization of a hybrid code //Proc. 4th Conf. on Num. Sim. of Plasmas, Office of Naval Research. 1970. Arlington. Va. P. 3-67.
Yee K. S. Numerical Solution of Initial Boundary Value Problems Involving Maxwell's Equations in Isotropic Media // IEEE Trans. Antennas Prop. 1966. V. 14. P. 302-313.
Juntunen J. S., Tsiboukis T. D. Reduction of numerical dispersion in FDTD method through artificial anisotropy // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2000. V. 48. P. 582 - 588.
Брантов А. В., Быченков В. Ю. Физика плазмы. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2010.
Bulanov S. V., Echkina E. Yu., Esirkepov T. Zh., Inovenkov I. N., Kando M., Pegoraro F. and Korn G. Unlimited ion acceleration by Radiation Pressure // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 104. P. 135-140.

[1] Jackson J. D. Classical Electrodynamics. New York: John Willey and Sons, 1999.

[2] Ландау. Л. Д., Лифшиц Е. М.Теория поля. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2003.

[3] Barut A. O. Electrodynamics and classical theory of fields and particles. New York: Dover, 1980.

[4] Ginzburg V. L. Applications of Electrodynamics in Theoretical Physics and Astrophysics. New York: Gordon and Breach, 1989.

[5] Iwanenko D. and Pomeranchuk I.On the maximal energy attainable in betatron // Phys. Rev. 1944. V. 65. P. 343 - 353.

[6] Bruck H. Circular particle accelerators. Los Alamos: Los Alamos Lab, 1974.

[7] Berezinskii V. S., Bulanov S. V., Dogiel V. A., Ginzburg V. L. and Ptuskin V. S.Astrophysics of Cosmic Rays. - Amsterdam: Elsevier, 1990.

[8] Bulanov S. V., Esirkepov T. Zh., Habs D., Pegoraro F., Tajima T.Relativistic Laser-Matter Interaction and Relativistic Laboratory Astrophysics // Eur. Phys. J. D. 2009. V. 55. P.483-486.

[9] Min Chen Radiation reaction effects on ion acceleration in laser foil interaction// Plasma Phys. Control. Fusion. 2011. V.53. P. 104 - 120.

[10] Бэдсел Ч., Ленгдон А. Физика Плазмы и численное моделирование: пер. с англ. М.: Энегроатомиздат. 1989.

[11] Хокни Р., Иствуд Дж. Численное моделирование методом частиц: пер с англ. М.:Мир. 1987.

[12] Birdsall C. K. Particle-in-Cell Charged-Particle Simulations Plus Monte Carlo Collisions With Neutral Atoms // PIC-MCC, IEEE Trans. Plas. 1991. V. 19. P. 65-85.

[13] Hazeltine R. D. and Mahajan S. M. Radiation reaction in fusion plasmas // Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. Oct. 2004. V. 70. P. 407-419.

[14] Bulanov S. V., Esirkepov T. Zh., Kando M., Koga J. K., Bulanov S. S.Lorentz-Abraham-Dirac vs Landau-Lifshitz radiation friction force in the ultrarelativistic electron interaction with electromagnetic wave (exact solutions) // Phys. Rev. E. 2011. V. 84.Р. 605-610.

[15] Tamburini M. Radiation reaction effects on radiation pressure acceleration// New J. Phys. 2010. V.12. P. 123 - 132.

[16] Tamburini M., Pegoraro F., Di Piazza A., Keitel C. H., Liseykina T. V., Macchi A. Radiation reaction effects on electron nonlinear dynamics and ion acceleration in laser-solid interaction // Nuc. Inst. Meth. Phys. Res. A. 2010. V. 5. P. 456-465.

[17] Campos M. Pinto and Mehrenberger M. Convergence of an adaptive semi-Lagrangian scheme for the Vlasov-Poisson system. Numerische Mathematik108. 2008. Р. 407-444.

[18] Banks J. W., Hittinger J. A. F. A New Class of Nonlinear Finite-Volume Methods for Vlasov Simulation // IEEE Trans. Plas. 2010. V. 38. P. 2198 - 2207.

[19] Cangellaris A. C.Numerical stability and numerical dispersion of a compact 2-D/FDTD method used for the dispersion analysis of waveguides // IEEE Microwave and Guided Wave Letters. 1993. V. 3. P.105-120.

[20] Esirkepov T. Zh. Exact charge conservation scheme for Particle-in-Cell simulation with an arbitrary form-factor // Computer Physics Communications. 2001. V. 135. № 2. P. 144-153.

[21] Particle In Cell Method A brief description of the PIC Method. Giovanni Lapenta Centrum voor Plasma AstrofysicaKatholieke Universiteit Leuven. 2009.

[22] Власов А. А. О вибрационных свойствах электронного газа // ЖЭТФ. 1938.Т.3.С. 291?300.

[23] Bunemann O. Time reversible difference procedures // J. Comp. Phys. 1967. V. 1. P. 517-535.

[24] Boris J. P. Relativistic plasma simulation - optimization of a hybrid code //Proc. 4th Conf. on Num. Sim. of Plasmas, Office of Naval Research. 1970. Arlington. Va. P. 3-67.

[25] Yee K. S. Numerical Solution of Initial Boundary Value Problems Involving Maxwell's Equations in Isotropic Media // IEEE Trans. Antennas Prop. 1966. V. 14. P. 302-313.

[26] Juntunen J. S., Tsiboukis T. D. Reduction of numerical dispersion in FDTD method through artificial anisotropy // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2000. V. 48. P. 582 - 588.

[27] Брантов А. В., Быченков В. Ю. Физика плазмы. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2010.

[28] Bulanov S. V., Echkina E. Yu., Esirkepov T. Zh., Inovenkov I. N., Kando M., Pegoraro F. and Korn G. Unlimited ion acceleration by Radiation Pressure // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 104. P. 135-140.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи