基于激光驱动的超高速等离子体射流与固体靶相互作用研究

Laser-driven plasma provides a new approach for high velocity loader. The axial jet velocities are in the range of ten km/s to thousands km/s which are higher than most simulation facilities. And the jets temperature and density are in great range. Despite orders-of-magnitude discrepancies in spatial and temporal scales, laser-driven plasmas created in the laboratory can be used to model and study phenomena that are not otherwise readily accessible. The objective of the current study is to model super high-velocity (ten km/s to about one hundred km/s) impact of solid target with gas. Based on laboratory experiments and numerical modeling, the formation, propagation and stability of plasma jets or high-velocity particle will be studied. The Experiment, diagnose, numerical simulation can also be used in research of astrophysics, asteroid, aerolitics,et al.

利用激光驱动等离子体射流可以获得数km/s 甚至上千km/s 的射流速度，远远超过目前绝大多数设备所能提供的模拟速度，并且覆盖了极大的温度与密度范围，作为加载手段具有广阔的应用前景。本课题主要通过实验和数值方法，探索和发展激光驱动这一新型实验模拟手段，利用高功率激光驱动产生高温高压等离子体射流，实现超高速(10 km/s～100km/s 量级)气体动力学实验室模拟的新途径。以此作为加载条件，研究固体物质在超高速气流中表面流场的气体动力学特性。本项目拟建立该方法实验设计的理论模型和数值软件，为进一步开展相关流体动力学研究奠定基础，建立的实验、诊断以及数值模拟手段可为进一步开展天体物理、小行星形貌、超高速陨石与行星大气相互作用机制等相关研究奠定基础。

利用激光驱动等离子体射流可以获得数km/s 甚至上千km/s 的射流速度，远远超过目前绝大多数设备所能提供的模拟速度，并且覆盖了极大的温度与密度范围，作为加载手段具有广阔的应用前景。本课题主要通过实验和数值方法，探索和发展激光驱动这一新型实验模拟手段，利用高功率激光驱动产生高温高压等离子体射流，实现超高速(10 km/s～100km/s 量级)气体动力学实验室模拟的新途径。以此作为加载条件，研究固体物质在超高速气流中表面流场的气体动力学特性。建立该方法实验设计的理论模型和数值软件，为进一步开展相关流体动力学研究奠定基础，建立的实验、诊断以及数值模拟手段可为进一步开展天体物理、小行星形貌、超高速陨石与行星大气相互作用机制等相关研究奠定基础。为此我们发展了激光烧蚀等离子体射流二维模拟程序，对激光作用材料靶产生等离子体、高速等离子体射流形成、发展过程以及等离子体射流与固体靶作用全过程进行了数值模拟。使用高功率激光驱动产生了百km/s的高温高压等离子体射流，利用高功率激光照射平面靶后产生的等离子体撞击球形固体靶的方法，生成了高马赫数的弓型激波。通过高时空分辨成像诊断，成功观测到了弓型激波的形成及演化。另外，项目还探索了采用激光驱动技术模拟高速运动金属颗粒与气体相互作用，研究高速气固两相流输运过程。