若干极端条件下真空极化效应集体激发的新模式孤立波及其特性研究

超高强激光与电子-正电子对等离子体系统中真空极化效应集体激发的无经典对应大振幅新模式孤立波研究在惯性聚变物理和实验室天文物理领域具有巨大的潜在应用价值。因此本课题拟在超高强磁场、超密等离子体、超强非相干光子气背景等极端条件下，综合考虑相对论的等离子体非线性和真空极化非线性的共同作用，研究量子电动力学模式的大振幅孤立波的非经典奇异性质。首先考虑强磁化量子等离子体，得出该系统真空极化效应激发地新模式波动的色散关系，在慢变包络近似下反演出对应的非线性薛定谔方程。据此研究该模式的调制不稳定性质以及准稳态条件下的细丝不稳定性。进而结合辐射流体动力学与量子电动力学理论把本研究扩展到超强非相干光子气背景下真空极化效应集体激发孤立波的塌缩现象，再考虑到拉格朗日密度微分项，研究此新型孤立波塌缩的抑制条件。本课题对理解超高强激光等离子体系统和天体环境中的奇异量子电动力学现象具有重要的理论意义和科学价值。

本课题在超高强磁场、超密等离子体、超强非相干光子气背景等极端条件下，研究了超高强激光与电子-正电子对等离子体系统中真空极化效应集体激发的无经典对应大振幅新模式孤立波。取得了几项重要的创新性成果。在超强非相干光子气背景条件下研究了量子电动力学的参量不稳定性，研究表明量子电动力学的真空极化非线性使得泵浦电磁波衰减为散射波和声波。该非线性的量子电动力学散射不稳定可以激发拉盖尔-高斯光子脉冲和两个散射波之间轨道角动量的交换，该结果表明可以探测宇宙中旋转的高密度天体中高能光子气的信息。在超高强磁场条件下，我们研究了量子统计效应，量子衍射效应对大振幅孤立波的动力学和调制不稳定的影响。结果表明孤子振幅随量子衍射效应的增加而增加，但是随量子统计效应的增加而降低。非寻常孤子碰撞是弹性的，没有能量，动量和角动量的交换。电子的相对论简并效应，量子隧穿效应，电子自旋诱导的泡利顺磁效应，以及等离子体的粘滞效应对费米-狄拉克-泡利超密等离子体中的孤立波的调制不稳定性有直接的影响。孤立波的衰减率随着赛曼能的增加而迅速增加，但是随着相对论简并效应的增加而迅速减小。我们研究了量子统计热压力效应、量子电子隧穿效应、电子自旋效应，以及强激光脉冲的有质动力效应对超高强激光与超密等离子体的相互作用的影响。动力学模拟的结果表明，散射波与泵浦波的传播方向相同，在初始的阶段，散射波以指数增长，经历的是一个强耦合过程，静电势和两个散射波同时达到最大值和最小值。当不稳定达到饱和时，两个激光束的动力学行为不再同步，表现出非常弱的耦合效应，而对于调制不稳定来说两个激光束的耦合是保持强耦合态，激发出形状一样的空间孤子。通过傅里叶分析方法我们还得到了系统的非线性色散关系，该色散关系的耦合项由量子电子等离子体振荡来决定。该色散关系包含了受激拉曼散射不稳定和调制不稳定。由于该三波过程本质上也要满足动量守恒和能量守恒，因此受激拉曼散射不稳定区域和调制不稳定区域基本上是一个圆形区域。结果表明，量子效应越强，两个激光束之间的耦合越弱，但同时会出现新的不稳定模式。电子自旋效应的存在会降低两种不稳定的增长率。我们自洽的研究了相对论效应，量子隧穿效应, 量子统计效应对高阶非线性激发的影响. 在量子衍射效应不太强的情况下，非线性波的相速随着电子束速度的增加会显著的降低。量子效应的增强会降低孤立波的振幅和宽度，但是会增加高阶效应对孤立波的影响。

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