|
2-25 激光入射孔对黑腔辐射场的影响常铁强 王光裕 张兴宏 裴文兵从数值模拟和解析两方面研究了激光入射孔对黑腔辐射场的影响。数值模拟使用的程序是一维非局部热力学平衡的三温（电子、离子和辐射）流体力学程序。由于激光－靶耦合过程是非平衡的，三温流体力学方程需要和束缚电子布居速率方程耦合求解，后者在程序中是用多时标微扰论求解的。 黑腔中的等离子体状态和运动非常复杂：激光光斑处电子烧蚀产生的是高温（如三十百万度）低密度等离子体；而腔壁其它部分则由 X射线烧蚀生成的密度高而温度低的等离子体。两种等离子体再加上二维的柱结构，一维程序是难以模拟其运动和状态的。但对于所研究的辐射场，经过适当的改造却能很好地描述，因为辐射传输很快，可以认为辐射场是空间近似均匀的。程序已经作了适当的处理并唯象地考虑了热等离子体从激光入射孔的漏失。很多作者都给出了黑腔靶辐射温度的定标规律，最新研究是裴文兵等关于高斯时间脉冲激光。但激光入射孔对黑腔辐射场的影响尚无很清晰的研究。孔对辐射的影响源于激光焦斑处转换产生 X射线直接漏失和腔壁其它部分吸收X光后再发射光从孔的逃逸。在黑腔条件下，腔内壁某个面元实际上受到两种辐射的辐照：激光在焦斑处转换的 X光和其它面积元再发射的X光，而壁面元净吸收的辐射是这两种光源和再发射之差。如果不存在入射孔，显然面元吸收的再发射和自己的再发射会相互抵消，因而净吸收就是转换出来的X光。但是存在激光入射孔时，再发射就不能相抵了。当辐射温度还很低时，再发射是不重要的。辐照的X光基本上都被吸收，但随着辐射温度的升高，再发射能力会越来越大。严格来说，这一再发射不是平衡发射，但对金壁sT4是一个很好近似。基于上述的物理考虑，可以得到一个解析模型。假设 Aa 为入射孔对黑腔的面积比，数值模拟给出辐射温度极大值的修正因子是T(Aa )/T(Aa =0)=1.8不是-Aa ，同时给出这一影响的解析公式且包括了时间行为T(Aa,t)/T(Aa=0)»1-0.25Aa 
h ,S分别是激光转换为X光的效率和黑腔总表面积。上式是积分方程，经检查模拟结果(对高斯激光脉冲)符合上式，上式可写为T(Aa,t)/T(Aa =0,t)»1-0.9AatL0.5f -1(t/tL)，其中,tL为FWHM脉宽。因此，有f (x)=
温度峰值出现在t=1.5tL。这一解的最突出之点是和激光强度无关，这当然只是由于金物质参数特征导致的，即腔壁吸收的辐射流也接近于T 4。 |
