[2025-01-18] For better promotion of the events, the categories in this system will be adjusted. For details, please refer to the announcement of this system. The link is https://indico-tdli.sjtu.edu.cn/news/1-warm-reminder-on-adjusting-indico-tdli-categories-indico
采用粒子模拟方法研究了高能正负电子对流与背景电子-质子等离子体系统的相互作用，特别是研究了其中电磁湍流的发展导致的等离子体中质子加速过程。当等离子体射流在星际介质中传播时，可能会发生这种相互作用。当电子-正电子流注入到背景等离子体时，Weibel不稳定性首先被激发，由此导致等离子体电磁湍流的出现。其中湍流电场和磁场通过费米 II 型加速机制对等离子体背景电子和质子进行加速，产生幂律能谱的高能粒子。在背景等离子体被加速至一定阶段，形成了无碰撞冲击波。一些预先加速的质子在通过冲击波前沿被进一步加速。研究了质子加速与束流-等离子体密度比和束流能量的关系。对于均匀等离子体，两种加速机制都很重要；而对于非均质等离子体，湍流场中的质子加速则占主导地位。质子的最终能量随着正负电子对流动能和密度的增加而增加。
随着强激光技术的发展，利用激光等离子体作用可以产生极强的静电和静磁场，这为利用超强激光产生和探测轴子提供了可能。理论预言，当强激光在磁场中传输时可以产生暗物质轴子，并对激光本身带来影响。本报告中将介绍我们最近在本领域的研究进展，包括强激光激发的尾波加速理论和实验进展，在粒子模拟程序中耦合轴子场方程，利用激光等离子体尾波加速进行轴子产生和探测的可行性分析，以及上海交通大学激光等离子体实验室及李政道研究所在超强激光等离子体相互作用平台建设方面的进展和未来在实验室天体物理方面，尤其是轴子研究的规划。
湍流磁重联被认为发生在天体物理等离子体中，并且被认为是太阳耀斑的触发因素。它通常发生在长而拉伸和碎片化的电流片中。帕克太阳探测器、太阳动力学天文台和原位卫星任务最近的观测结果与湍流重新连接的预期特征一致。然而，潜在的机制，包括存储在太阳磁场中的磁能是如何消散的，仍然不清楚。我们首次在实验室获得强激光产生的等离子体中湍流磁重联，它使电流片碎片化，因此实验中观察到多个磁岛和磁通管的形成。在动理学模拟的支持下，我们揭示了湍流磁重联中电子加速的机理，该机制以平行电场为主，而回旋加速机制起着冷却作用，费米加速可以忽略不计。由于我们实验室实验的条件可扩展到天体物理等离子体的条件，因此我们的结果适用于太阳耀斑的研究。
冲击波和界面不稳定性是自然界广泛存在的物理现象，也是高能量密度物理和激光聚变中的关键问题。就冲击波和界面不稳定性研究而言，可以分为三个范畴。一是纯流体力学范畴的冲击波和界面不稳定性，在此范畴粒子（例如电子、光子等）能量传输的作用处于次要地位，人们主要关注质量和动量的传输。二是高能量密度流体力学范畴的冲击波和界面不稳定性，在此范畴粒子能量的传输将发挥重要作用，人们不仅要关注质量和动量的传输，还必须研究粒子能量传输对冲击波结构和传播、界面不稳定性发展的影响。三是高能量密度等离子体范畴的冲击波和界面不稳定性，在此范畴需要研究伴随冲击波形成与界面不稳定性发展而产生的非平衡、动理学效应，特别是自生电磁场对电子和离子能量传输的影响。针对第三个范畴下的物理问题，本工作探索性地建立了混合流体-PIC模拟方法，电子由无质量的流体描述，多组分离子由PIC粒子描述；流体运动通过求解电子磁流体方程组来获得，...
1846年发现的法拉第效应（也称法拉第旋转）描述了线偏振光在物质中沿磁场传播时其偏振方向由于其左旋和右旋圆偏振光分量之间的相速度差异而发生旋转的现象。法拉第效应提供了一种巧妙的操纵光的方法；同时成为了材料科学以及天文研究中测量磁场强度的最常用方法之一；从而法拉第效应作为磁光学的基石。2017年我们发现了极端法拉第效应，即一束线偏振超短激光脉冲在磁化等离子体中传播时可在时间上分裂成一束左旋圆偏振加一束右旋圆偏振两个子脉冲。这是由构成线偏振激光脉冲的左旋和右旋圆偏振子脉冲之间的群速度差异所引起的。此极端法拉第效应为操纵高功率激光脉冲提供了一个新的自由度，有望为制造新型光学器件开辟新途径；同时，等离子体磁光学对于理解天体等离子体物理过程、测量分析宇宙中的强磁场、特别是分析快速射电暴（fast radio...
“双锥对撞点火”（即DCI）激光聚变方案其内爆的本质是高马赫数量子简并氘氚燃料的直接对撞，由于不满足流体连续性假设以及存在前沿对穿等非平衡物理过程，传统流体力学程序的适应性面临巨大挑战。此外，DCI激光聚变方案中，为减小快电子从临界面到点火热斑的输运距离，采用的是金锥引导办法，而强激光与金锥相互作用以及快电子在金锥中的输运涉及多个非线性物理过程，如激光等离子体相互作用产生强流快电子，快电子在金锥内输运激发场和碰撞电离、电子离子复合、自生电磁场产生、欧姆加热以及韧致辐射等，这些物理过程互相耦合，对快电子在燃料中的沉积以及热斑的形成至关重要。然而，针对上述激光聚变等实际应用，建立多尺度、全要素和全过程动理学数值模拟能力是极其困难的。实际上，这样的数值模拟能力对其他激光聚变方案以及实验室天体物理研究也十分重要。在过去的 10...
摘 要: “创生之柱”是星空中最著名的天体之一，其被认为与新恒星形成密切相关，有恒星摇篮之称。然而，由于非线性辐射磁流体力学的复杂性，柱状结构的形成和维持机制依然存在争议。同时由于观测仪器精度的限制，无法对其形成区域开展高分辨观测。在这里我们提出了一种新的实验方案用来在实验室中通过高功率激光设施研究磁场对等比柱状结构形成和演化的影响，并利用二维和三维辐射磁流体力学模拟展示了柱状结构在磁场中形成的自洽动力学过程，也进一步验证了实验方案的可靠性。通过研究发现，只有当磁压和烧蚀压相当时，磁场才能显著改变等离子体的流体动力学行为。对于初始为中等磁化（$\beta \sim...
高海拔宇宙线观测站在超高能伽马射线能段的观测表明超高能伽马射线源区的能谱比银河系弥散伽马射线的能谱还要软。除非超高能宇宙线在银河系传播的过程中可以被有效地再加速，上述观测表明超高能宇宙线源即使能够有效地加速粒子，也不能有效地把这些粒子束缚在源区附近。和大尺度电场有关的激波飘移加速等过程满足这一特征，可能主导了超高能宇宙线的加速过程。超高能宇宙线能谱和平均原子数对能量依赖的精确测量也表明确实存在这样一个超高能宇宙线成分。
