"Plasmi C"

Figure from: T.Killian, Science 316 (2007) 705
Presentation of the course (PDF)
Il corso vuole fornire un'introduzione a varie problematiche della fisica dei plasmi nelle quali la nonlinearità gioca un ruolo fondamentale. I fenomeni esposti variano dai plasmi in interazione con impulsi laser ad altissima intensità, dove la nonlinearità appare come conseguenza di una descrizione relativistica, a plasmi di interesse astrofisico e applicativo. Attraverso la descrizione di vari modelli il corso fornisce al tempo stesso un'introduzione ad alcune tecniche generali di soluzione di problemi nonlineari in Fisica.
The course aims to give an introduction to selected problems in plasma physics in which nonlinearity plays a fundamental role. The phenomena presented include both plasmas interactiong with superintense laser light, where the nonlineariy appears as a consequence of relativistic dynamics, to plasmas of astrophysical and applicative interest. Through the description of various models the course also gives an introduction to some techniques for the solution of nonlinear problems in physics.
Programma di massima:
Richiami di base di fisica del plasma. Onde lineari trasversali e longitudinali. Onde localizzate, plasmoni di superficie e loro applicazioni.
Onde elettrostatiche di grande ampiezza e wavebreaking. Onde ion-acustiche, shocks e solitoni in regime non collisionale. Forza ponderomotiva e pressione di radiazione.
Onde elettromagnetiche di grande ampiezza e ottica relativistica: self-focusing, trasparenza indotta. Specchi relativistici. Applicazioni: acceleratori laser-plasma di elettroni e di ioni, generazione di alte armoniche, produzione di impulsi ultrabrevi e superintensi. Accelerazione di particelle in astrofisica e in laboratorio.
Assorbimento non collisionale di onde elettromagnetiche: assorbimento risonante lineare, assorbimento nonlineare e stocastico, vari regimi di applicazione.
Dinamica nonlineare di plasmi termici. Formazione della sheath. Espansione del plasma e soluzioni self-similari. Applicazione a plasmi ultrafreddi, scariche e dispositivi al plasma, accelerazione di ioni in laser-plasmi.
Fenomeni collettivi nel trasporto di energia. Instabilità e generazione di campi statici ad alta intensità. Applicazione alla fisica della fusione e all'astrofisica. Principi di simulazione dei plasmi.
Program draft:
Review of basics of plasma physics. Linear transverse and longitudinal waves. Localized waves, surface plasmons and their applications. High amplitude electrostatic waves and wavebreaking. Ion acoustic waves, shocks and solitons in collisionless regimes. The ponderomotive force and radiation pressure.
High amplitude electromagnetic waves and relativistic optics: self-focusing and induced transparency. Relativistic mirrors. Applications: laser-plasma acceleration of electrons and ions, high harmonic generation, production of ultrashort and superintense pulses. Particle acceleration in astrophysics and in the laboratory.
Collisionless absorption of electromagnetic waves: linear resonance absorption, stochastic and nonlinear absoprtion in various regimes.
Noninear dynamics of thermal plasmas. Sheath formation. Plasma expansion and self-similar solutions. Application to ultracold plasmas, discharges and plasma devices, ion acceleration in laser plasmas.
Collective phenomena in energy transport. Instabilities and generation of intesne static fields. Application to inertial confinement fusion and to astrophysics. Principles of plasma simulation.