行星际空间中的磁重联事件

对１９７５￣１９８１年间Ｈｅｌｉｏｓ飞船的０．１８ｈ平均的磁场和等离子体测量予以了分析，发现行星际空间存在磁重联现象，通过重建方位角φ平面磁场位形的物理图象看到，时间尺度为天（ｄ）的磁重联事件－由一个介体（等离体团）和位于两侧的磁中性线（分隔区）构成，是行星际磁重联现象的一种重要表现形式，它可能源于日冕物质抛射事件或磁云，原理性的数值模拟再现了磁重联事件的基本观测特征。     

利用“ISF”方法于地磁扰动事件的预报试验

以1966~1982年期间有关太阳活动、行星际扰动和地磁扰动的观测为基础, 综合行星际扰动过程的物理模型并运用模糊数学概念, 提出一种预报由太阳风暴吹向地球而引起的地磁扰动的“ISF”方法. 利用该方法对1980~1998年间24个较大的、曾引起空间灾害事件的地磁暴进行了预报试验, 在试验中考虑了每个扰动事件的三维传播特性、搜寻每个射电源的最佳贴近度和磁场南、北向分量的影响. 主要结果是: (ⅰ) 磁扰开始时间的预报值T_预与观测值T_观比较, 相对误差ΔT_预/T_观≤10%的事件, 占总事件的45.8%; ΔT_预/T_观≤30% 的事件, 占总事件的78.3%; ΔT_预/T_观＞30%的事件,只占总事件的21.7%.(ⅱ) 磁扰幅度的预报, 相对误差ΔK_p,预/K_p,观≤10%的事件,占总事件数的41.67%; ΔK_p,预/K_p,观≤30%的事件, 占总事件数的79%; ΔK_p,预/K_p,观≤45%的事件, 占总事件数的100%. 作为一个例子, 1998年4~5月事件的预报试验表明ΔT_预/T_观=7.4%, ΔΣK_p,预/K_p,观= 15.3%. 这表明该预报方法对空间天气事件中的地磁扰动预报有改善.     

电磁分离铝熔体中非金属夹杂的磁流体动力学研究

采用量纲分析和数值计算相结合的方法研究了电磁场作用下铝熔体中非金属夹杂附近的磁流体动力学流动以及夹杂的受力. 量纲分析表明, 不变量A = JBρ_fd³_p/μ²_f 是表征夹杂受力大小以及熔体扰动强度的特征量. A的物理意义是反映了电磁力作用的修正的颗粒Reynolds数. 电磁场作用下夹杂附近熔体扰动出现失稳的判据为A > 2×10³. 计算结果表明, 在A≤1´10⁶的范围内, 忽略惯性项的影响对夹杂受力的影响不大; 而当A > 2×10³     

日冕物质抛射的地磁扰动强度及渡越时间的预测方法

选取了1997.1~2002.9期间的80个CME-ICME事件, 结合太阳光球磁场的观测和CME爆发源的位置, 建立了一种用于研究CME传播及其地磁响应的坐标系—— 电流片磁坐标系CMC(current sheet magnetic coordinate). 在此基础上研究了CME爆发位置以及爆发时刻的日球电流片位形对CME引起的地磁扰动强度(以Dst指数为例)和CME渡越时间的影响, 初步结论是: (ⅰ) CME的地磁响应存在着关于电流片的同异侧效应, 即当地球和CME的爆发源处于电流片的同侧时, CME更易于传播到地球, 更易于引起较强的地磁暴, 相对而言, 异侧的CME事件较少到达地球, 它所引起的地磁暴也较弱. (ⅱ) 日球电流片到地球的角距离影响相应地磁扰动的强度, 电流片越靠近地球位置, 相应的地磁扰动越强烈. (ⅲ) CME爆发位置与附近电流片位形对CME到达近地空间的渡越时间也有影响. 根据这些结论, 提出了一种在CMC坐标系下基于CME的投影速度来预报地磁暴强度及CME渡越时间的经验模式, 并利用该方法对80个事件进行了预报试验. 结果表明, 对于Dst_min≤−50 nT的中等磁暴和强磁暴事件来说, 59%的事件其磁暴强度相对误差≤30%, 而全部事件的渡越时间平均绝对值误差都在10 h以下.     

NiFe/非磁金属隔离层/FeMn薄膜中的微结构及其对交换耦合的影响

采用磁控溅射方法制备了Ta/NiFe/非磁金属隔离层/FeMn多层膜, 研究了交换耦合场H_ex相对于非磁金属隔离层厚度的变化关系. 实验结果表明: 随非磁金属隔离层厚度的增加, 以Bi和Ag为隔离层的H_ex薄膜急剧下降, 以Cu为隔离层的薄膜的H_ex下降较缓慢. 对Cu而言, 它的晶体结构与NiFe层晶体结构相同且晶格常数相近, Cu层以及FeMn层都可以相继外延生长, FeMn层的(111)织构不会受到破坏, 因此, H_ex随Cu沉积厚度增加缓慢下降. 对Ag而言, 虽然它的晶体结构与NiFe层晶体结构相同, 但晶格常数相差较大, Ag层以及FeMn层都不可能外延生长, FeMn层的织构将会受到破坏, H_ex随Ag沉积厚度增加迅速下降. 对Bi而言, 不仅它的晶体结构与NiFe层的不同, 而且晶格常数相差也较大, 同样, Bi层以及FeMn层也不可能外延生长, FeMn层的织构也会受到破坏, 因此, H_ex也随Bi沉积厚度增加迅速下降. 但是, X射线光电子能谱研究表明: 极少量的表面活化原子Bi沉积在NiFe/FeMn界面时, 会上浮到FeMn层表面, 因而H_ex下降很少.     

利用火星低能电子能谱获取火星磁堆积边界

火星快车飞船（MarsExpress，MEX）搭载的低能电子谱仪可以测量火星附近小于20keV的电子通量数据．利用得到的96段连续测量结果，通过判断能谱拟合参数的方法确定了飞船穿越火星磁堆积层的位置，对这些穿越点进行圆锥曲线拟合后给出了火星磁堆积层（MagneticPileupBoundary，MPB）的大致形状及位置，所得结果与先前火星全球勘探者（MarsGlobalSurveyor，MGS）及Phobos-2飞船给出的结果基本吻合．此外，对获得的穿越点按照火星当地壳磁场强度分类，周围磁场强度较强（〉50nT）的穿越点拟合出的磁堆积层高度明显高于全部穿越点及周围磁场较弱（〈10nT）的穿越点拟合出的磁堆积层高度，很好地反映了火星壳磁场对火星大气与太阳风相互作用的影响．     

三维磁重联观测研究进展

磁重联是等离子体中最主要的能量转换过程, 在耀斑、CME和磁层亚暴等空间等离子体物理和空间天气学过程以及磁约束核聚变的磁流体力学稳定性研究中起着关键作用, 是等离子体物理的一个基本问题. 除周期性边界条件, 如环形磁约束核聚变装置外, 一般情况下三维磁重联都发生在以磁零点为基点的磁场拓扑分形面上. 本文简要介绍三维磁重联中磁零点的理论和卫星观测进展, 并对今后的发展作一简要分析.     

行星际磁云边界层特征及边界新定义

分析1967 ~ 1998年间数据较完整的所有70个磁云边界的飞船观测, 提出磁云边界新定义: 它是磁云与背景介质相互作用形成的边界层. 物理特征是: 外边界多是磁重联边界, 温度、密度和等离子体 b 参数多呈现“三高状态”, 内边界是磁云本体未受相互作用影响的边界, 温度、密度和等离子体 b 参数多呈现“三低”状态. 磁云前、后边界层的平均厚度为1.7和3.1 h. 边界层内磁场的分布函数与背景介质和磁云本体有重要变化发生.     

火星磁层中尾向磁场对O+离子分布的影响

在与地球对比的基础上,采用LB磁场模型,根据由动力学方程求解得到的分布函数,研究了火星磁层中不同尾向磁场条件下来自电离层的O⁺离子沿磁力线的分布。结果发现火星磁尾区O⁺离子通量密度受火星与太阳风相互作用而产生的感应型尾向磁场的影响：（i） 火星磁尾O+离子通量密度随尾向磁场的增强而增大,当尾向磁场由5 nT增大到20 nT时,磁尾2.8 Rm (Rm为火星半径)处O+离子通量密度可增大3倍左右;（ii）火星磁尾O+离子通量密度随内禀磁矩的增大而减小,当内禀磁矩增大半个量级时,磁尾2.8 Rm处O+离子通量密度可减小到25%左右. 根据实际观测得到的O⁺在不同火星磁层区的数据和本文的理论曲线,推测得火星的内禀磁矩约为2×1017 T·cm3,这与美国最新的火星探测飞船MGS观测结果一致.     

磁场直拉硅单晶生长

研究了磁场直拉硅单晶生长. 采用钕铁硼(NdFeB)永磁磁体, 向硅熔体所在空间引入Cusp磁场. 当坩埚边缘磁感应强度达到0.15 T时, 熔硅中杂质输运受扩散控制. 熔硅自由表面观察到明显的Marangoni对流; 硅单晶纵向、径向电阻率均匀性得到改善; 控制Marangoni对流, 可灵活控制硅单晶中的氧浓度. 把磁场拉晶同硅单晶的等效微重力生长联系起来, 推导出了引入磁感应强度和对应等效微重力等级的关系式: g=v₀/v_eff·g₀, 并针对坩埚的两种特征尺寸, 进行了直拉硅单晶等效微重力等级的计算.     

THEMIS星座对2008年2月26日磁层亚暴的观测--磁尾重联触发的亚暴分析研究

本文利用THEMIS卫星结合地面极光和地磁的观测,研究了2008年2月26日04：05和04：55UT的两次亚暴事件.Angelopoulos已经对发生在04：55UT的第二个亚暴事件做了分析.本文对两次亚暴的相关活动进行了详细研究,特别对第一次做了深入讨论,并着重分析了磁重联与亚暴活动的关系.在两次亚暴的初始阶段,第一次极光增亮发生在中磁尾磁重联后2～3min,但是持续时间较短,极向膨胀缓慢,与伪暴的特征相似,标志了亚暴的初突发（initial onset）.两次亚暴都存在第二次极光增亮和极光的极向膨胀,且时间与近地磁尾观测的地向流和磁场偶极化同时发生,并与亚暴膨胀相的其他活动的发生同步,标志了亚暴的主突发（major onset）.在两次亚暴的增长相期间,极盖区开放磁通量持续增加;在亚暴膨胀相和恢复相中,极盖区磁通量迅速减少.表明两次亚暴膨胀相的演化分别与两次尾瓣开放磁力线重联过程相联系的.从亚暴活动的参数分析,这两次亚暴都属于小亚暴范围;从重联率分析,两次磁重联都属于弱重联.本文的观测结果表明,中磁尾磁尾重联首先触发伪暴;高速流将磁通量和能量传输到近地磁尾;高速流减速最终导致亚暴...更多电流楔（substorm current wedge,简称SCW）的形成和电流中断,产生近地偶极化和极光膨胀,引起亚暴膨胀相突发.本文的观测结果是对近地中性线模型（near earth neutral line,简称NENL）和重联-电流中断协同模型（synthesis scenario of MR and CD,简称RCS）模型及亚暴膨胀相两步突发观点的有力支持.     

涡旋重联的Hall-MHD模拟及其在高纬磁层顶的应用

应用2.5维可压缩Hall-MHD数值模拟方法研究了高纬磁层顶进入层的磁场重联过程. 当同时考虑Hall效应和流场剪切的效应时, 产生了同心的流体涡旋和磁岛; 在磁层顶两侧看到了等离子体的交换, 磁层顶的边界区趋于模糊; 日下点附近产生的重联结构会在向高纬流动的过程中随着剪切流的增强而产生变化; Hall效应可提高涡旋重联的重联率; Hall效应产生的3维磁场和流场分量在剪切流的作用下重新分布, 使得等离子体交换过程更为复杂. 模拟的结果有助于增进对高纬磁层顶的动力学过程的理解.     

氢和氢致马氏体导致不锈钢氢脆的定量研究

对原子氢和氢致马氏体在奥氏体不锈钢氢脆中的作用进行了定量研究. 结果表明, 当氢浓度C ₀大于临界值(30×10^-6)后就会出现氢致马氏体(e +), 它随C₀升高而升高, 即M(e + ) = 62 - 82.5exp(-C₀/102), 氢致马氏体引起的塑性损失I_δ (M)随马氏体含量线性升高, 即I_δ (M) = 0.45 M = 27.9 - 37.1exp(-C₀/102). 动态充氢引起的塑性损失I_δ 减去充氢除气试样的塑性损失就是原子氢引起的塑性损失I_δ (H) , 它随C₀升高而升高, 但当C₀>100×10^-6后, I_δ (H)趋于稳定值, 即I_δ (H)max = 40%. 随应变速率 升高, I_δ (H)逐渐下降至零, 即I_δ (H) = - 21.9 - 9.9lg . 氢致滞后断裂只和原子氢有关, 其门槛应力强度因子为K_IH = 91.7 - 10.1lnC₀. 其断口形貌和KI以及C₀有关, 当KI高或C₀低为韧断, K_I低或C₀高则为脆断. 韧断和脆断的分界线方程为K_I -54+exp(-C₀/153)=0.     

用合成孔径雷达(SAR)单次飞行全极化图像数据进行地面数字高程(DEM)反演

在合成孔径雷达(SAR)空对地观测中, 倾斜地表面的同极化回波极大值所对应的入射波极化的取向角ψ≠0. 由ψ≠0迁移, 通过二次相干飞行SAR或干涉SAR(INSAR)图像可确定地表面坡度与反演地面数字高程(DEM). 用全极化散射Mueller矩阵解, 将ψ≠0的迁移表示为SAR测量的散射Stokes参数I_vs, I_hs, U_s的函数. 通过Euler角变换, 把ψ迁移与倾斜地表面的水平方位角、射程角以及SAR观测的几何结构联系起来. 在只能获得单次飞行SAR数据的情况下, 提出用倾斜地表水平方位排列产生的图像纹理作形态学细化算法来确定水平方位角. 这样用一次飞行的SAR图像数据, 可确定水平方位角和射程角及其坡度分布, 用完整多重网格算法数值求解地面高程的Poisson方程, 得到地形DEM的反演.     

MgH2-V体系解氢能力的第一原理计算

基于MgH₂-5%(原子数分数)V机械合金化检测到VH_0.81/MgH₂相界的实验结果, 构建了一个VH/MgH₂相界模型, 然后采用第一原理赝势平面波方法, 研究了V对MgH₂解氢能力的影响及其电子作用机制. 结果显示: 合金化后形成的VH/MgH₂相界比MgH₂相的结构稳定性差, 表明VH相的存在能改善MgH₂相的解氢能力. 电子态密度(DOS)和电子密度图的分析发现: V对MgH₂相解氢能力的增强主要源于V诱导VH/MgH₂相界Fermi能级E_F处电子密度N(E_F)的增加和E_F附近HOMO-LUMO能隙ΔE_H-L的消失, V对MgH₂解氢动力学的催化作用可归因于V-H间电子相互作用比Mg-H间强, α-Mg形核在MgH₂-V体系的VH/MgH₂相界中比在MgH₂相中容易.     

磁控溅射NiO/NiFe薄膜的磁性及XPS研究

用射频/直流磁控溅射制备了 Ta/NiO_x/Ni₈₁Fe₁₉/Ta磁性薄膜, 并利用X射线光电子能谱仪(XPS)和振动样品磁强计(VSM)研究了NiO_x不同化学状态对Ni₈₁Fe₁₉交换耦合场H_ex及该磁性薄膜的矫顽力H_c的影响以及Ni₈₁Fe₁₉界面反应. 结果表明：反应溅射中的Ar/O₂比对NiO_x中镍的化学状态有很大的影响, 当溅射气压为0.57 Pa, Ar/O₂为7:1时, 制备的NiO_x中的x@1, 镍为+2价, 相应的H_ex最大. Ar/O₂比偏离7:1时, NiO_x层中出现单质镍和+3价的镍, 相应的H_ex也下降, 单质镍的出现还会增大该磁性薄膜的矫顽力H_c. XPS的分析还表明, 在NiO/NiFe界面发生了反应:NiO+Fe=Ni+FeO和3NiO+2Fe=3 Ni+Fe₂O₃. 给出了界面上存在磁性杂质的证据, 这些磁性杂质会影响NiO/NiFe的H_ex和H_c.     

8-mol%钇稳定氧化锆放电等离子烧结体的电学特性研究

采用等离子烧结技术, 在1350℃10 min所烧结的8-mol%钇稳氧化锆样品(SPS)与常规1450℃4 h烧结样品(CS)相比, SPS样品致密度已达到99％. 通过X射线衍射(XRD)对两种样品分析其结构均为立方体(F_m3m), 根据XRD谱(111)峰算得SPS样品的晶粒大小D₁₁₁为154 nm, CS样品的D₁₁₁大于1 μm. 用ZVIEW软件对不同测试温度下所得交流阻抗测试结果进行了拟合处理, 研究结果表明: SPS样品的离子电导率不同于CS样品; 在400～800℃温度范围内, 放电等离子烧结样品的活化能为91 kJ·mol^−1, 与常规烧结样品的96 kJ·mol^−1相一致, 这说明SPS烧结体的导电机理与常规烧结体基本一致.     

3Y-TZP悬浮体系二元、三元稳定性工作区间

用黏度法测定了不同固相含量(体积分数, φ)在分别改变分散剂用量(质量分数, C_w)时, 3Y-TZP悬浮体系的黏度(η)变化规律; 用光散射法测量了不同C_w下稀悬浮体系中粒子的直径; 用扫描电子显微镜(SEM)摄取了悬浮体系沉积物的表面形貌. 由前述结果, 分析和讨论了粒子吸附层微观结构的变化和它们间相互作用对分散相粒子稳定性的影响, 给出了3Y-TZP 悬浮体系稳定性的不同分散状态: 两种稳态及两种非稳态, 绘制了悬浮体系的C_w-η, C_w-φ和φ-η二元及C_w-φ-η三元稳定区间工作图. 根据DLVO理论, 计算、绘制了不同φ条件下, 3Y-TZP悬浮体系的分散剂用量C_w, 粒子间距r, 粒子间作用势能V_T三元曲面势能图和C_w-r二元粒子运动稳定区间工作图. 由前述三元曲面势能图计算并模拟了悬浮体系的C_w-φ-V_T,max(粒子间最高相互作用势垒)三元最高势能图和C_w-φ稳定区间工作图. 结果表明, 该理论工作图能较好地定性证明3Y-TZP 悬浮体系中分散相粒子不同分散状态的存在, 及悬浮体系稳定性随各参数的变化规律.     

电催化剂Pt的原子状态和性质

依据纯金属单原子理论(OA)确定了面心立方结构(fcc)电催化剂Pt的原子状态为[Xe](5d_n)^6.48 (5d_c)^2.02 (6s_c)^1.48(6s_f)^{0.02, 并对金属Pt的密排六方结构(hcp)和体心立方结构(bcc)初态特征晶体及初态液体的原子状态进行了研究, 在此基础上解释了Pt的原子状态与晶体结构、催化性能、导电性的关系, 并通过计算得到了fcc-Pt的势能曲线、体弹性模量和热膨胀系数随温度变化的曲线.}     

广义L系统

由Lindenmayer创立的L系统既是一个描述生物生长的数学模型, 又是一种并发的形式语言. 它的研究历来为人所重视. 但是, L 系统及其种种变形刻画的都是同步的并发系统. 实际上, 在自然界中存在着许多异步的并发现象. 因此, 对传统的L系统作了推广, 提出了广义L系统的概念, 证明了广义L系统不能被传统的L系统所覆盖. 还划分了广义L系统的子类, 证明了各子类等价的充分必要条件, 并得到一个基本定 理: 两个GPD0L系统(一种确定型广义L系统)L[m₁, m₂,…,m_j]和L[n₁, n₁, ,…, n_k]等价, 当且仅当k = j并且存在诸m_i的公因子g和诸n_i的公因子h, 使得 "_i : m_i/g=n_i/h.