超高速碰撞实验中跟进气体对等离子体信号的影响

针对二级轻气炮加载铝弹丸超高速碰撞靶板产生等离子体的过程中,弹丸后面跟进气体有可能对等离子体信号造成影响的问题,利用三探针、磁线圈、高温计等实验设备分别对有铝弹丸和无弹丸两发实验进行了诊断测量,得出了相应的电子温度、磁感应强度、物质温度变化曲线.比较实验结果得出:弹丸超高速碰撞靶板产生等离子体的过程中跟进气体信号幅值较小,不会对实验结果造成明显影响.     

微波等离子体电子回旋共振放电粒子模拟分析

电子回旋共振放电产生的等离子体在微电子工业中材料加工、空间电推进方面有着广泛的应用。为了研究微波等离子体电子回旋共振的放电特性,使电子回旋共振放电产生的等离子体密度和能量转换效率更高,建立了微波等离子体电子回旋共振放电的1D3V模型,描述了带电粒子在外加静磁场、微波场共同作用下的微观运动。结果表明:微波频率为2.45 GHz时,随着静磁场磁感应强度的增加,平均电子能量先持续增大达到峰值,随后又不断地减小,且在0.087 5 T时电子加速效果最明显,结果符合电子的回旋频率公式,验证了该模型的正确性;共振区域内,发现在0.087 5 T磁感应强度下,微波频率为2.45 GHz下拟合的电子速度分布才与微波电场分布趋势相似,说明微波电场推动了电子运动。这为进一步研究微波等离子体放电的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模拟奠定了基础,也为进一步研究微波等离子体源中粒子产生效率及微波等离子体源的物理性质提供了重要参考。     

超高速碰撞电磁效应数值模拟

采用理论分析和数值模拟结合的方法对超高速碰撞产生等离子体问题进行研究. 通过SPH方法,建立二维轴对称模型,针对不同碰撞速度进行数值模拟,对比不同时刻碎片云的形状以及膨胀速度,验证数值模拟的正确性;利用Thomas-Fermi模型,计算超高速碰撞过程中SPH粒子的温度,对于发生汽化的部分考虑其产生的等离子体参数;以统计物理学为基础,基于化学反应动力学原理,建立了非热平衡等离子体电子数密度、电子温度、宏观温度以及内能之间的关系,用以计算超高速碰撞过程中产生等离子体的参数. 给出不同时刻碰撞产生的总电荷数随时间的变化,将数值模拟结果与文献中经验公式结果进行对比,验证了本文中计算超高速碰撞产生等离子体方法的正确性.     

超高速碰撞产生等离子体的电磁场测量方法

介绍了超高速碰撞过程中等离子体产生的环形电磁场测量方法,测量过程中采用螺旋型线圈,并分析了该线圈对外界干扰磁场的屏蔽效应.实验中采用该线圈测量到速度为6.2km/s的球形LY12铝弹丸超高速碰撞LY12铝靶板产生磁场强度随时间的变化规律.测试结果表明,等离子体产生的瞬态电磁场的持续时间为1ms左右,最大幅值为15μT.     

相对论电子在螺旋磁场中的辐射

从运动荷电粒子产生的流出发 ,导出相对论电子和相对论电子集在等离子体及真空情况下曲率辐射的能量谱及辐射总能量 ,分析了等离子体对辐射的影响 .并着重用曲率辐射公式讨论了在磁流体吸积盘的特殊螺旋强磁场中的辐射特点 .     

超高速碰撞产生等离子体及电磁辐射效应的研究进展

超高速碰撞产生等离子体及电磁辐射效应是固体材料在强冲击作用下一种非常复杂的物理响应。从实验研究、理论研究和计算机模拟3个方面分别介绍了国内外学者在超高速碰撞产生等离子体及其电磁辐射效应方面的研究进展。通过实验和理论研究已在超高速碰撞产生等离子体及电磁辐射效应方面取得了一定进展,初步建立了等离子体膨胀和电磁辐射模型,得到了碰撞参数、弹靶材料特性影响等离子体及电磁辐射效应的初步结论。通过电子力场方法和第一性原理对超高速碰撞产生的等离子体相变进行了初步探索,为从微观上揭示超高速碰撞产生等离子体的机理提供了一种崭新途径。进一步研究超高速碰撞产生的电磁效应,揭示电磁辐射产生机理、电磁辐射强度与碰撞参数之间的关系以及电磁辐射与力学耦合效应都具有十分重要的意义。     

超高速斜碰撞碎片云形态的研究

针对航天器的碰撞毁伤程度与超高速斜碰撞所产生碎片云的形态的关系,利用光滑质点流体动力学(sPH)方法研究了超高速斜碰撞所产生碎片云的形态.主要分析了碰撞参数,如弹丸速度、靶板厚度、弹丸直径对碎片云形态的影响.仿真结果表明,二次碎片云的膨胀速度以及膨胀尺寸随碰撞速度和弹丸直径的增加而增加,随靶板厚度的增加而减小.     

超高速碰撞产生等离子体的电子温度诊断

研究相近碰撞速度、不同入射角度超高速碰撞产生的瞬态等离子体的电子温度随时间的变化规律.设计了瞬态等离子体诊断的扫描Langmuir探针诊断系统.通过二级轻气炮加载LY12球形铝弹丸,采用设计的扫描Langmuir探针诊断系统分别进行了入射角度(与靶板水平面的夹角)为45°,60°和90°条件下碰撞LY12铝靶产生等离子体的实验诊断.对实验得到的有效数据进行了每1/2个周期的读取和处理,获得了在整个物理过程中给定探针位置处等离子体的电子温度与碰撞角度的关系.     

超高速碰撞产生的电磁场对通信电路的干扰

研究2A12铝弹丸超高速碰撞2A12铝靶板产生的电磁场对通信电路的干扰.实验中采用盘式磁线圈对超高速碰撞产生的电磁场进行测量,获得了碰撞速度为5.93 km/s下不同的空间位置处磁感应强度以及与上弹道方向平行的不同放置位置处通信电路的受干扰情况.实验结果表明:超高速碰撞产生的电磁场会使通信电路受到严重的干扰,电磁场对通信电路的干扰幅值达到了1 V.     

激光产生的硫等离子体2s—2p光谱及分析模拟

利用双脉冲激光等离子体光谱技术测量了激光作用于高纯度硫靶产生的16~24nm波段的发射光谱,分析发现谱线主要来自Sq+(q=7,8,9,10)离子的2s—2p跃迁.基于稳态碰撞辐射模型和激发态离子数布局满足归一化玻尔兹曼分布的假设,计算了不同离化态硫离子在不同等离子体温度和电子密度下的布居数,在不同电子温度下模拟了等离子体光谱,并通过与实验光谱比较确定了等离子体参数.     

外加电场下激光诱导Al等离子体特性的实验研究

由Q-Nd∶YAG脉冲激光(波长1.06μm,脉宽10 ns)烧蚀Al靶产生等离子体.观测了在低气压和直流电场条件下的Al等离子体发射光谱.研究了激光功率密度和直流电场对各谱线强度的影响,分析了等离子体电子温度与激光能量之间的变化规律.结果表明,直流电场对铝原子谱线和离子谱线强度有显著的增强作用,铝等离子体的电子温度随激光功率密度持续增长.     

碳纳米管薄膜氢等离子体的微波衰减特性

研究了电子碰撞和自由电子密度分布对铁催化高压歧化生成的单壁碳纳米管中氢等离子体微波衰减的影响,运用Wentzel-Kramers-Brillouin(WKB)法理论推导了碳纳米管薄膜氢等离子体的微波衰减系数公式.模拟结果表明,随着单壁碳纳米管薄膜氢等离子体中自由电子密度的线性增加,衰减吸收峰值增加,衰减吸收峰向高频方向移动.随着电子有效碰撞频率的增加,衰减吸收峰向低频方向做微小移动.铁催化高压歧化生成的碳纳米管薄膜中氢等离子体对3-4 GHz的微波产生强烈衰减吸收.     

非均匀磁场中运动电子的辐射功率谱分布特性

本文用经典理论讨论了非均匀磁场[H_x=H_y=0,H_z=-∈(y),∈(y)=y/|y|(y≠0)]中运动电子的辐射功率谱分布。给出了谱分布公式及其高低能近似表式。将上述情况与均匀磁场情况做比较,结果指出,对于单个电子态的辐射,两种情况下的回旋辐射和同步辐射谱分布特性均有很大差别;在电子空间分布均匀的条件下,在回旋辐射和同步辐射低频区域,两种情况下辐射功率对电子数的平均谱分布特性呈现显著差别。     

激光产生的Si等离子体的光谱分析

利用双脉冲激光等离子体光谱技术测量了激光烧蚀Si靶产生的极真空紫外波段等离子体光谱,通过标定发现,光谱中的分立谱线主要来自于Si 7+-Si 10+离子的2s-2p跃迁.基于稳态碰撞辐射模型和激发态粒子数布居满足归一化玻尔兹曼分布的假设,计算了不同电荷态Si离子的离子丰度随电子温度的变化关系,并给出了不同等离子体参数条件下的理论模拟光谱.通过与实验光谱的比较,确定了等离子体参数.     

脉冲激光烧蚀靶材产生的等离子体初始发展过程的诊断

用基于光偏转的光纤传感器研究了脉冲激光烧蚀铝靶产生的等离子体及冲击波的初始发展过程,实验结果表明,在距靶0.4mm内,冲击波与等离子体薄层未分离,一起离靶高速运动;在0.4mm处,等离子体薄层发生二次电离,电离使等离子体向电离中心的周围膨胀,造成等离子体中心密度低两侧密度高,同时使冲击波与等离子体分离;由于扩散作用,在0.4mm到0.7mm之间,等离子体由中心密度低两侧密度高过渡到中心密度高两侧密度低;0.7mm以后,等离子体传输速度减慢,信号波形展宽,幅度减小直至消失;冲击渡与等离子体分离后其传播速度随传输距离而衰减,在8mm处衰减成声波.     

活性材料杆芯结构杆条杀伤增强效应

采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了靶板厚度对活性材料杆芯结构杆条毁伤增强效应的影响. 数值模拟结果表明,在活性材料杆芯结构杆条贯穿靶板条件下,靶板越厚,毁伤增强越显著;活性材料杆芯结构杆条碰撞装甲靶板,活性材料激活率和毁伤增强效应显著优于碰撞铝合金靶板. 相同条件下实验结果与数值模拟结果吻合较好.     

无碰撞磁重联现象的电子动力学研究

基于磁流体力学理论,通过双流体MHD方程组,使用专业电磁流体数值仿真模拟软件Usim,研究了无碰撞等离子体磁重联过程中电子的动力学行为,得到了电子的数密度与流速的空间分布.结果表明,重联面内的电子数密度分布区域与速度分布区域相吻合,四极型磁场结构可以表征Hall的电流存在.此外,无碰撞等离子体中Hall电流的存在将使得磁重联现象的重联率大大提高,这对研究快速磁重联的产生机制有着重要的意义.     

激光等离子体相互作用中产生的磁场与电子热传导

本文应用三维相对论电磁粒子模拟程序,研究超强超短脉冲激光与等离子体薄靶的相互作用中产生的磁场与电子热传导。研究结果表明,被激发的磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量,同时对在激光有质动力推开电子时形成的电子热流产生抑制作用。对这些物理过程的细致研究对更好的理解快点火物理中自生磁场的产生,快电子输运等过程有重要意义。     

不同驱动电源下磁控溅射等离子体行为

磁控溅射驱动方式是影响其等离子体特征的重要因素之一,而等离子体行为最终影响所沉积薄膜结构和性能。磁控溅射过程中基体上产生的浮动电势与等离子体中电子能量分布有关,基体饱和电流则与等离子体的离子密度有关,可综合反映辉光放电系统等离子体状态。本实验分别采用射频、直流和脉冲直流电源溅射Mo粉末靶,改变靶基距,测量基体浮动电势及饱和电流,探讨溅射驱动方式对等离子体行为的影响。研究表明:靶功率增加,靶电压、电流均随靶功率增大,基体浮动电势基本保持不变,基体饱和电流增加,但电压增加率极小,而电流增加率较大。基体浮动电势绝对值随靶基距的增加而降低,即电子的能量分布随靶基距增加而降低。射频溅射产生的浮动电势明显小于直流和脉冲直流溅射的。直流溅射等离子体能量最高,射频溅射等离子体密度最大。     

光学厚的介质中同步辐射谱

文章利用等离子体中湍动波谱计算公式得到,在光学厚的介质中麦克斯韦分布的极端相对论电子在磁场中产生的同步加速辐射谱为瑞利-金斯谱。代入太阳活动区物理量的特征值,经过计算分析发现该谱对太阳耀斑过程中少数快电子的加速是有效的,而对基础等离子体的加热的贡献很小。