2-71  激光与平面靶耦合的非平衡辐射

古培俊  吴畅书  裴文兵  冯庭桂

在激光脉宽的时间尺度内，非平衡是激光靶耦合物理的重要特征。为了深入地研究激光靶耦合产生的等离子体状态以及辐射场的时空特性，考察“三温”模型的适用性，发展了新版的一维平板非平衡辐射流体力学程序RDMG，程序中用多群辐射输运方程描述辐射场的演化，增加了激光加源，在非平衡区求解非平衡电子占据概率方程，在线计算非平衡的辐射发射和吸收系数，其中平均原子模型可以考虑到角量子数层次。下面介绍一个典型的数值模拟结果，计算条件为强度1´10¹⁴ W/cm²，波长0.35 m，脉宽1 ns的Gauss激光脉冲以与靶面垂直的方向由右向左辐照4 m厚的平面Au靶。

不同层次量子数平均原子模型对X光能带结构的数值模拟结果有明显影响(见图1)。角量子数(nl)层次原子模型的计算结果显示，辐射流在200~300 eV有明显的高峰，500~800 eV有平台，该特征与LLNL的实验结果以及ILESTA程序的计算结果是一致的。而主量子数(n)层次原子模型的计算结果却显示辐射流在800 eV附近有高峰，与实验测量结果明显不同。因此nl层次的原子模型对研究谱特征是必要的。用nl层次下原子模型时，计算时间由采用n层次的101 min增加到1 006 min。因此提出只在部分重要能级考虑角量子数的部分角量子数(P-nl)原子模型，计算结果与全部nl层次符合很好，计算时间减少到207 min。

X光发射具有强烈的非平衡特征(见图2)。在低温高密度的辐射热传导区，X光发射较弱且以发射低能光子为主；电子热传导区是X光的主要发射区；2 keV以上的高能光子主要在高温低密度冕区产生，温度越高的区域由于电离越厉害，发射的谱线越硬。图1中的辐射能流谱也反映了X光发射与输运的非平衡特性，该量可与实验测量结果进行直接比对。

在同样的激光及靶材料条件下，比较RDMG与一维三温激光靶耦合程序LTC的数值模拟结果。“三温”与多群辐射输运程序计算的激光吸收效率、X光转换效率以及等离子体状态等宏观量基本一致。因为对激光与Au靶耦合，相对于光谱结构关联的光电离和光激发过程，电子碰撞过程对电子电离和X光转换起主要作用。说明在激光与高Z靶耦合研究中，“三温”模型对于单纯计算等离子体状态及能量分配是适用的。