Средние силы, действующие на вещество в сильных лазерных полях

Abstract

Излагается микроскопическая теория средних сил, действующих на плазму в сильных полях электромагнитного излучения, основанная на уравнениях движения электронов плазмы. Рассмотрены случаи прозрачной плазмы достаточно больших размеров, а поэтому поверхностными эффектами воздействия пренебрегают и учитывают только объемные силы. К таким силам относятся пондеромоторная сила и сила давления, обусловленная рассеянием падающего излучения на электронах. В слабых нерелятивистских полях обе силы растут с увеличением интенсивности излучения. В пределе больших релятивистских полей пондеромоторная сила выходит на насыщение и оказывается не зависящей от интенсивности излучения. Сила же давления достигает своего максимального значения и затем быстро падает с увеличением интенсивности излучения. Последняя действует только на отдельный электрон; в случае прозрачной плазмы сила давления отсутствует.

Викладається мікроскопічна теорія середніх сил, що діють на плазму в сильних полях електромагнітного випромінювання, заснована на рівняннях руху електронів плазми. Розглянуто випадки прозорої плазми досить великих розмірів, а тому поверхневі ефекти впливу нехтуються і враховуються тільки об'ємні сили. До таких сил відносяться пондеромоторна сила і сила тиску, зумовлена розсіянням падаючого випромінювання на електронах. У слабких нерелятивістських полях обидві сили зростають зі збільшенням інтенсивності випромінювання. У межі великих релятивістських полів пондеромоторна сила виходить на насичення і виявляється такою, що не залежить від інтенсивності випромінювання. Сила ж тиску досягає свого максимального значення і потім швидко падає зі збільшенням інтенсивності випромінювання. Остання діє тільки на окремий електрон; в разі прозорою плазми сила тиску відсутня.

We present a microscopic theory of average forces acting on the plasma in strong fields of electromagnetic radiation, based on the equations of motion of the plasma electrons. The cases of a transparent plasma is sufficiently large, and therefore the impact of surface effects are neglected and only the body forces. These forces include the ponderomotive force and the pressure caused by the scattering of incident radiation by the electrons. In weak non-relativistic fields, both forces increase with increasing radiation intensity. In the limit of large relativistic fields the ponderomotive force saturates and is independent of radiation intensity. The pressure force reaches its maximum value and then decreases rapidly with increasing radiation intensity. The latter is valid only for a single electron, in the case of a transparent plasma a pressure force is absent.