فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

یکی از پدیده‌هایی که در برهم‌کنش لیزر-پلاسما، زمانی که توان لیزر به اندازه کافی قوی باشد، قابل مشاهده است، تولید امواج دنباله پلاسما با دامنه بزرگ و با سرعت فاز نزدیک به سرعت نور است. با استفاده از این امواج پلاسما، که در واقع یک اختلال چگالی الکترونی پلاسماست، می‌توان یک الکترون را تا انرژی‌های بالا، بیش از1TW ، شتاب داد. این روش شتاب دادن الکترون‌ها توسط پالس لیزر کوتاه و پر شدت به LWFA (Laser WakeField Accelerator) معروف است. هنگامی که پالس نور از پلاسما عبور می‌کند، جدایش باری که از این جا به جایی به وجود می‌آید، الکترون‌ها را به عقب پس می‌راند و نوسان پلاسما تولید می‌شود. موج دنباله که با سرعت فاز نزدیک به سرعت نور منتشر می‌شود، می‌تواند الکترون‌ها را به دام بیندازد. در شتاب دهنده‌های LWFA نیروی گرانروی نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند. از آن جایی که موج الکترومغناطیسی که در یک پلاسمای کم چگال منتشر می‌شود، دارای سرعت گروهی کمتر از سرعت نور است و بنابراین پتانسیل گرانروی ناشی از پالس لیزر با زمان صعود متناهی می‌تواند الکترون‌ها را به دام انداخته و تا انرژی‌های بسیار بالا شتاب دهد. در این مقاله، به بررسی شبیه‌سازی ذره در جعبه (Particle In Cell) دو بعدی الکترومغناطیسی تولید موج دنباله (WakeField) و شتاب دادن الکترون‌ها توسط پالس لیزر کوتاه و پر شدت در پلاسمای کم چگال می‌پردازیم. با استفاده از کد دو بعدی الکترومغناطیسی که با زبان برنامه نویسی فورترن 90 نوشته شده است، چگونگی انتشار امواج الکترومغناطیسی با اشکال مختلف در خلأ و پلاسما شبیه‌سازی شد. پس از اطمینان از صحت عملکرد کد دو بعدی الکترومغناطیسی، در نهایت این کد را نسبیتی کرده و پدیده تولید امواج دنباله پلاسما در پشت پالس فرودی و شتاب گرفتن الکترون‌ها در اثر عبور این پالس قوی شبیه‌سازی شد. مشاهده شد که در اثر عبور پالس الکترومغناطیسی متقارن، میدان طولی تولید شده در پلاسما، در پشت پالس، نسبت به حالتی که پالس فرودی نامتفارن باشد، ضعیف‌تر می‌باشد، و الکترون‌ها انرژی کمتری دریافت می‌کنند. در مورد پالس نامتقارن، زمانی که ناحیه جلوی پالس دارای زمان صعود کوچکتری نسبت به ناحیه عقب پالس است، موج دنباله قوی‌تری در پلاسما، در پشت پالس، تولید می‌گردد، و الکترون‌ها انرژی بیشتری دریافت می‌کنند. به عکس هنگامی که زمان صعود ناحیه جلوی پالس بزرگتر از ناحیه عقب پالس باشد، موج دنباله ضعیف تری در پلاسما، در پشت پالس، تولید می‌گردد و نسبت به حالت قبل، الکترون‌ها انرژی کمتری می‌گیرند.