等離子體與高功率微波相互作用中電子分布特性*

李志剛，陳宗勝

(國防科技大學 脈沖功率激光技術國家重點實驗室， 安徽 合肥 230037)

等離子體是一種由大量自由運動的分子(或原子)、電子、離子構成的特殊媒質，其電磁特性與內部帶電粒子的變化密切相關[1]。當高功率微波入射到等離子體中時，兩者之間的相互作用明顯。一方面，入射波在等離子體區域產生強電磁場，帶電粒子在強電磁場的作用下產生加速運動，等離子體內能提高，內部碰撞反應、非彈性碰撞加劇，等離子體狀態產生劇烈變化，內部電子密度、電子能量、重粒子密度不斷增加；另一方面，等離子體的電磁特性也會發生較大改變，對入射波的損耗性能加劇，同時，當不斷增加的電子密度達到電磁截止密度時，等離子體就會對入射波產生屏蔽作用，高功率微波無法透過等離子體區域[2-4]。

等離子體與高功率微波之間的相互作用可通過等離子體中帶電粒子的變化表現出來，通常采用電子數密度進行表征[5]。為深入研究等離子體與高功率微波之間的相互作用，本文采用等離子體流體近似方法，利用COMSOL軟件仿真分析研究了相互作用中的電子數密度和電子能的變化特性，著重分析了相互作用中產生的電子雪崩效應的變化過程，探究等離子體產生電磁屏蔽的作用機理。

1 基本理論

等離子體是由帶電粒子構成的高度非線性組合體，想要精確描述等離子體的動力學行為，必須要對等離子體中的每個粒子進行軌跡跟蹤和分析，但是，由于等離子體內部粒子數量實在太大，在實際研究過程中，這是無法實現的[6]。……