Движение заряженной частицы в поле частотно-модулированной электромагнитной волны и постоянном магнитном поле Текст научной статьи по специальности «Физика»

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Акинцов Николай Сергеевич, Исаев Владислав Андреевич, Копытов Геннадий Филиппович, Мартынов Александр Алексеевич

В работе проведен анализ задачи о движении заряженной частицы во внешнем поле частотно-модулированной электромагнитной волны и в постоянном магнитном поле и представлены точные решения соответствующих уравнений. Указанная задача важна при исследовании взаимодействия лазерных импульсов большой интенсивности с твердыми мишенями, а также в связи с практической разработкой многочастотных лазеров и развитием техники модуляции лазерного излучения. Получены формулы для средней кинетической энергии релятивистской частицы в зависимости от начальных условий, амплитуды электромагнитной волны, интенсивности волны и ее параметра поляризации. Исследованы различные случаи начальных условий движения заряженной частицы и поляризации волны. Полученные результаты могут использоваться в исследованиях высокотемпературной плазмы, образующейся на поверхности мишени, и при поисках новых режимов взаимодействия лазер-плазма.

The motion of a charged particle in the field of a frequency-modulated electromagnetic wave and in the constant magnetic field

In this article the problem on the motion of a charged particle in the field of frequency-modulated electromagnetic wave and in the external uniform static magnetic field has been analyzed; the exact solutionsof the corresponding equations have been presented. This problem is of great importance to study the interaction of high-intensity laser pulses with solid targets and to develop practically multifrequency lasers and the laser-modulation emission technology. The formulae for the mean kinetic energy of a relativistic charged particle as a function of initial conditions, electromagnetic wave amplitude, wave intensity and its polarization parameter were obtained. The different cases of initial conditions of a charged particle motion and of a wave polarization were investigated. The obtained results can be put to use when studying the hightemperature plasma formed on the surface of the target and when searching for new modes of laser-plasma interaction.

Текст научной работы на тему «Движение заряженной частицы в поле частотно-модулированной электромагнитной волны и постоянном магнитном поле»

DOI: 10.5862/JPM.230.15 УДК 539.12:537.63:537.868

Н.С. Акинцов, В.А. Исаев, Г.Ф. Копытов, А.А. Мартынов

Кубанский государственный университет, г. Краснодар

движение заряженной частицы в поле частотно-модулированной электромагнитной волны

и постоянном магнитном поле

ПЛОСКАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ВОЛНА, ЗАРЯЖЕННАЯ ЧАСТИЦА, УЛЬТРАКОРОТКИЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИМПУЛЬС.

Метод лазерного индуцированного ускорения заряженных частиц вызвал значительный интерес к пионерской работе Т. Таджима и Дж. Даусона [1] среди исследователей всего мира. В настоящее время представляется актуальной задача ускорения заряженных частиц плазмы ультракороткими лазерными импульсами большой интенсивности [2 — 5]. С развитием лазерных технологий стало возможным получение тераваттных и петаваттных лазерных импульсов [6 —10], которые можно использовать для исследования взаимодействия сильных остросфокусированных световых импульсов с заряженными частицами в плазме. Развитие таких физико-технических областей, как физика плазмы, астрофизика, мощная релятивистская СВЧ-электроника, ускорительная техника создают предпосылки для изучения взаимодействия заряженных частиц с частотно-модулированными электромагнитными

волнами. Особая роль в таких взаимодействиях принадлежит релятивистским заряженным частицам в сильных электромагнитных полях. Знание энергетических характеристик заряженной частицы в поле частотно-модулированной электромагнитной волны необходимо в связи с практической разработкой многочастотных лазеров и развитием техники модуляции лазерного излучения.

В настоящей работе рассматривается динамика электрона в интенсивном частотно-модулированном электромагнитном поле эллиптической поляризации при наличии постоянного однородного магнитного поля. Изучение особенностей взаимодействия заряженных частиц со сверхкороткими лазерными импульсами фемтосекундной длительности и с излучениями интенсивностью до 1022 Вт/см2 является одним из основных направлений лазерной физики в настоящее время.

задача о движении заряженной частицы в поле плоской частотно-модулированной

электромагнитной волны была сформулирована и решена для случая линейной и круговой поляризации в работе [11]. Однако авторы не провели усреднения скорости, импульса, кинетической энергии частицы по периоду колебаний в поле плоской частотно-модулированной электромагнитной волны при наличии постоянного однородного магнитного поля, что представляет несомненный научный и практический интерес.

Цель настоящей работы — анализ движения частицы во внешнем поле произвольно поляризованной частотно-модулированной электромагнитной

волны большой интенсивности при наличии внешнего постоянного однородного магнитного поля. В частности, необходим также вывод формул для средней кинетической энергии частицы, усредненной по периоду ее колебаний.

Уравнение движения заряженной частицы с массой т и зарядом q в высокочастотном лазерном электромагнитном поле при наличии постоянного однородного магнитного поля Н0 имеет следующий вид [9]:

где р — импульс заряженной частицы; Е — напряженность электрического лазерного поля излучения; НЕ =Н0 + Н — напряженность суммарного магнитного поля, включающего однородное постоянное магнитное поле и магнитную составляющую поля лазерного излучения; £ — заряд частицы.

Уравнение (1) дополняется начальными условиями для скорости и координат частицы:

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎