مجلۀ پژوهش فیزیک ایران

نقش هندسۀ هدف در تقویت میدان مغناطیسی تولیدشده در برهم‌کنش لیزر–پلاسما با استفاده از شبیه‌سازی PIC دوبعدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

فاطمه شاهی 1
مهدی شریفیان 1
سهیل خوشبین فر 2

1 بخش اتمی و مولکولی، دانشکده فیزیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران، کد پستی: 891995-741

2 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت، ایران، کد پستی: 41335-1914

https://doi.org/10.47176/ijpr.26.2.22246
چکیده
در این پژوهش، اثر هندسۀ هدف بر تقویت میدان مغناطیسی در برهم‌کنش لیزر پرشدت با پلاسما با استفاده از شبیه‌سازی دوبعدی ذره ‌در-سلول (PIC) به‌کمک دستور EPOCH بررسی شده است. دو پیکربندی هدف پلاسمایی شامل هدف مخروط دوگانه و هدف قوس‌مانند در نظر گرفته شده‌اند، درحالی‌‌که تمامی پارامترهای لیزر، شرایط محاسباتی و ویژگی‌های پلاسما در هر دو حالت یکسان نگه داشته شده‌اند. تحول زمانی و توزیع فضایی میدان مغناطیسی تولید شده، انرژی ذرات و مؤلفه‌های میدان الکتریکی تحلیل شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که ورقۀ قوس‌مانند نسبت به هدف مخروط دوگانه میدان مغناطیسی قوی‌تر، متمرکزتر و با پایداری زمانی بیشتر تولید می‌کند. این تقویت با بهبود محصورسازی الکترون‌ها، افزایش چگالی جریان محوری و کاهش واگرایی شعاعی الکترون‌ها همراه است. یافته‌ها بیانگر آن است که هندسۀ هدف نقش کلیدی در کنترل پویایی جریان‌ها و تقویت میدان مغناطیسی در برهم‌کنش‌های لیزر– پلاسما ایفا می‌کند.

کلیدواژه‌ها

شبیه‌سازی PIC
برهم‌کنش لیزر-پلاسما
شتاب‌دهی الکترون
جریان‌های محوری
تولید میدان مغناطیسی
موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of target geometry on magnetic field generation and amplification in high-intensity laser–plasma interaction using 2D PIC simulation

نویسندگان English

Fatemeh Shahi 1
Mehdi Sharifian 1
Soheil Khoshbinfar 2
1 Atomic and Molecular Group, Physics Department, Yazd University, Yazd P. O. Box: 891995-741, Iran
2 Department of Physics, Faculty of Sciences, University of Guilan, Rasht P. O. Box: 41335-1914, Iran
چکیده English

The effect of target geometry on magnetic field amplification in high-intensity laser–plasma interactions is investigated using two-dimensional particle-in-cell (PIC) simulations performed with the EPOCH code. Two plasma target configurations are considered: a double-cone target and a curved-foil target, while all laser parameters, computational conditions, and plasma properties are kept the same. The temporal evolution and spatial distribution of the generated magnetic field, particle energies, and electric-field components are analyzed. The results show that the curved-foil target produces a stronger, more localized, and more temporally stable magnetic field than the double-cone target. This enhancement is associated with improved electron confinement, increased axial current density, and reduced radial electron divergence. The findings demonstrate that target geometry plays an important role in controlling current dynamics and enhancing magnetic field generation in laser–plasma interactions.

کلیدواژه‌ها English

PIC simulation, Laser&ndash
plasma interaction, Electron acceleration, Axial currents, Magnetic field generation
1.     T Tajima and J M Dawson, Phys. Rev. Lett. 43 (1979) 267.
2.     P K Shukla and B Eliasson, Rev. Mod. Phys. 83 (2011) 885.
3.     A R Bell and R J Kingham, Phys Rev Lett 91 (2003) 035003.
4.     H Daido, M Nishiuchi and A S Pirozhkov, Rep. Prog. Phys. 75 (2012) 056401.
5.     A Macchi, “A Superintense Laser-Plasma Interaction Theory Primer”, Springer (2013).
6.     S Li et al., Nat. Phys. 17 (2021) 1108.
7.     F Fiuza et al., Phys. Plasmas. 27 (2020) 012702.
8.     T G Blackburn et al., Rev. Mod. Phys. 92 (2020) 015002.
9.     M Tatarakis et al., Nature 415 (2002) 280.
10. P M Nilson et al., Phys. Rev. Lett. 97 (2006) 255001.
11. Y Sentoku and A J Kemp, J. Comput. Phys. 227 (2008) 6846.
12. K Quinn et al., Plasma. Phys. Control. Fusion. 54 (2012) 095007.
13. A Pukhov, Rep. Prog. Phys. 66 (2003) 47.
14. S Zhang et al., High Power Laser Sci Eng 10 (2022) e52.
15. D Wu et al., Phys. Plasmas 28 (2021) 033105.
16. R Singh et al., Laser Part Beams 38 (2020) 107.
17. X Wang et al., Sci. Rep. 13 (2023) 1452.
18. Q Zhao et al., Matter Radiat Extremes 7 (2022) 054401.
19. L Tian et al., Plasma Phys. Rep. 47 (2021) 326.
20. C K Birdsall and A B Langdon, “Plasma Physics via Computer Simulation, McGraw–Hill” (1985).
21. T D Arber et al., Plasma Phys. Control Fusion 57 (2015) 113001.
22. R A Fonseca et al., Lect. Notes Comput Sci. 2331 (2013) 342.
23. EPOCH Code Documentation, Version 4–5, University of Warwick and UK EPSRC (online technical documentation)
24. H B Cai, K Mima, W M Zhou, T Jozaki, H Nagatomo, A Sunahara and R J Mason, Phys. Rev. Lett. 102 (2009) 245001.

XML
اصل مقاله 1.47 M
فایل‌های تکمیلی/اضافی
3-Sharifian - ABS_EA.pdf

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما

تحت نظارت وف بومی