包含双温非热离子的尘埃等离子体中的三维尘埃声孤波

考虑高阶横向扰动的因素,使用约化摄动方法得到描述含有双温非热离子的无磁化尘埃等离子体中的尘埃声波的(3+1)维KP方程.详细讨论一些尘埃等离子体系统参数如电子与非热高温离子数密度v与μh、快离子数λ(α)、低温非热离子与电子的温度比1β、非热双温离子温度比2β对尘埃声孤波性质的影响.研究结果表明:这些因素均可显著影响和改变孤波结构.在考虑双温非热离子后,稀疏形孤波与压缩形孤波的临界条件也发生极大变化.     

强激光在非均匀磁化电子-正电子-离子等离子体中的传播

利用相对论双流体模型研究了左旋圆偏振强激光在非均匀磁化电子-正电子-离子(electron-positron-ion,EPI)等离子体中的传播.通过考虑相对论效应和有质动力效应,系统的控制方程简化为一个包含有磁场效应和密度非均匀效应的修正非线性薛定谔方程,并进一步研究了调制不稳定性.数值模拟结果表明:外磁场强度,正电子与负电子密度比值的增加以及等离子体密度非均匀性会增强激光束的聚焦和成丝,导致强烈的调制不稳定性和成丝不稳定性,并引起激光束与等离子体之间强烈的非线性相互作用,出现了许多非线性现象.     

基于激光烧蚀的等离子体羽辉膨胀动力学机制研究

重点讨论了脉冲激光烧蚀技术中,在考虑等离子体电离效应时等离子体的空间动力学演化特征.首先将等离子体视为可压缩理想气体,根据局域质量守恒和动量守恒,给出了在柱面坐标系下的等离子体压力与空间数密度的变化规律.在此基础上,结合适当的边界条件,用解析法进行求解,得到了在考虑等离子体电离效应时的一组新的动力学演化方程.分析结果表明,电离度会使等离子体的速度沿各个方向都得到加速,等离子体的内部速度具有自相似表达形式.     

近空间飞行环境泰氟隆烧蚀流场化学非平衡流数值算法及应用研究

本文通过数值求解考虑烧蚀产物在内的23种组分的化学非平衡Navier-Stokes方程,建立考虑泰氟隆材料烧蚀效应的化学非平衡流数值计算方法.理论预测了球锥体RAMC-II的等离子体鞘套电子数密度,并和飞行试验进行比较,验证了算法可靠性,揭示了电子数密度峰值结果在25–70 km中层近空间随飞行高度变化规律.算法应用于不同高度球锥体泰氟隆烧蚀流场计算,研究表明,在泰氟隆烧蚀现象比较明显的中低空,烧蚀产物对电子数密度的影响主要局限在边界层内;泰氟隆烧蚀导致边界层内流场温度降低,因而引起空气阴离子的增加,另一方面随着飞行高度降低,由亲电子产物引起的F?数量也不断增加,这些因素引起了边界层内的电子数密度降低.     

稀薄等离子体羽流稳态流动粒子模拟

以稳态等离子体推力器羽流为研究对象,基于单元粒子法一直接模拟蒙特卡罗法混合法,建立数值仿真模型,研究流场电势、电子数密度、离子电流密度分布,通过与实测数据及已有模拟结果的比较验证模型.电子动量方程简化中,考虑电子和离子与中性粒子的碰撞效应,采用交替方向隐式法求解等离子体电势,所得仿真结果优于忽略该效应的Boltzmann模型,尤其是在流场翼部.本研究对电推力器的污染评估具有参考价值.     

雷达隐身等离子体参数优化设计

针对等离子体对雷达波的吸收、衰减问题,采用求解波动方程的方法,计算了非均匀等离子体覆盖的金属目标对雷达波的反射。选取非均匀等离子体的最大电子数密度为5×1016~1018m-3,碰撞频率为10-1~103GHz,等离子体厚度为0~0.5 m。研究结果表明:提高等离子体电子数密度能够增强对高频雷达波的隐身效果,但同时需合理提高碰撞频率以保证对低频雷达波的隐身能力;有效增加等离子体厚度,可降低对等离子体源电子数密度的要求几倍甚至数十倍;当等离子体密度梯度较大时,出现非线性衰减,此时增加等离子体的厚度不再改善隐身效果。计算了在不同电子数密度和碰撞频率下,达到10 dB雷达隐身要求所需要的等离子体厚度。结果表明在等离子体电子数密度受限时,通过对等离子体的碰撞频率和厚度的参数优化,可以达到最佳的隐身效果。     

射频离子推力器束流特性数值模拟

为了分析射频离子推力器束流特性,基于二维流体模型对自研的11 cm射频离子推力器开展放电室等离子体数值模拟,获得给定电气参数下离子密度、电子温度等关键参数的分布特性;研究了等离子体参数和束流大小与射频功率间的函数关系;以等离子体参数和栅极参数为输入,基于离子光学系统模型获得不同工况下的单孔离子引出轨迹.研究结果显示:离子密度和电子温度分别沿放电室径向逐渐减小和增大,有利于获得更好的束流均匀性及更大的束流;束流大小与射频功率呈线性正相关关系,有利于实现束流连续精确可调;屏栅上游鞘层的形成与离子密度、离子种类、栅极电压组合相关,综合考虑以上因素获得最佳束流聚焦和引出特性.     

电磁波在等离子体中的衰减特性

从理论上研究了不同密度下大气压等离子体中正负离子、电子对电磁波衰减的影响,对电磁波的吸收、反射和透射功率特性进行了分析.结果表明,在大气压条件下,当正负离子浓度超过电子浓度的1×104倍以上时,正负离子对电磁波在等离子体中衰减特性的影响非常显著,同时给出了电磁波在等离子体中的吸收峰值和带宽,所得结果为用于隐身目的的等离子体参量的选择提供了重要依据.     

弯曲磁场中相对论性电子辐射的自吸收性质及等离子体影响

根据同步曲率辐射理论，论文推导了真空中和等离子体中弯曲磁场下相对论性电子辐射的自吸收系数，发现真空中同步曲率辐射与同步辐射一样没有负吸收放大作用，而等离子体对辐射谱和自吸收性质有重大影响，存在脉泽放大效应。这些结果有可能对宇宙中多种射电源的射电高亮温度等问题提供可能的解释。     

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.     

激光诱导等离子体在背景气体中膨胀的二维轴对称模型

激光诱导等离子体的膨胀是人们比较关注的一个问题,因为等离子体参数的演化规律对等离子体动力学过程和辐射过程的研究十分重要。由于激光诱导等离子体这一现象更多的是发生在有背景气体的情况下,所以文章提出了一个描述等离子体在背景气体中膨胀的二维轴对称辐射流体动力学模型,包括流体动力学方程组与辐射传输方程。其中,在流体动力学方程组中考虑了扩散、黏性、热传导等分子传输过程,在辐射传输方程中考虑了三种吸收过程。根据提出的模型,对不同压强氩气下激光诱导铝等离子体进行了理论模拟,获得了等离子体参数（数密度、膨胀速度以及电子温度）的时空演化。此外,还模拟了1标准大气压氩气下激光诱导铝等离子体的发射光谱和谱线积分强度的分布,并且对模拟结果与相同条件下的实验结果进行了比较,两者的一致性很好地验证了该模型的可靠性,为激光诱导击穿光谱技术提供了理论指导。     

用Dirac-Fock计算方法对类镁离子价电子体系的研究

类镁离子在天体物理、等离子体物理等研究领域的研究中都有非常重要的作用.在多组态Dirac-Fock方法的框架下,考虑相对论多组态相互作用,计算出了类镁等电子数系列3s2-3s3p跃迁的各种原子结构参数,其中考虑了价电子与价电子、价电子与原子实内的电子以及原子实内电子之间的关联效应.在计算中,初态和末态不能相同,还要独立...     

大气压氩气微波等离子体参数的光谱诊断

为了深入了解大气压下氩气微波等离子射流内部电子的状态,利用发射光谱法对大气压下氩气微波等离子体进行了诊断.以玻尔兹曼斜率法对等离子体中电子激发温度进行测算,以斯塔克展宽计算电子密度.研究了等离子体射流方向上不同区域电子激发温度和电子密度的分布规律及微波功率对电子激发温度和电子密度的影响.结果表明,在本实验条件下等离子体射流电子激发温度为4 000～6 000 K,电子数量密度为(2.4～2.8)×1018 cm-3,电子激发温度和电子密度的最大值均出现在距波导管底边20 mm处,并以此处为中心,分别向上下2个方向呈现不完全对称的递减分布,微波功率增加影响等离子体电子密度和电子温度的交替上升.     

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.     

径向温度和压强分布对螺旋波等离子体能量分布和场型的影响

针对射频波加热等离子体的稳态过程,考虑等离子体径向密度呈抛物线分布和高斯分布,分析讨论了径向压强和温度分布对两种密度分布的螺旋波等离子体内功率沉积以及电场和电流密度的分布影响.考虑正梯度、负梯度和零梯度三种梯度模型.通过研究表明:正温度梯度更有利于等离子体中心处的功率的吸收;正压强梯度增大了等离子体边缘处感应电场,减小了中心处电流密度,并减弱了边缘处功率沉积,波能量耦合深度加深,更有利于中心处功率的耦合吸收;等离子体径向密度为高斯分布时,等离子体边缘处电场强度较高,电流密度较小,射频波在边缘处沉积能量较少且变化不大,进而造成波能量的耦合深度大大增加;等离子体径向密度为抛物线分布时,等离子体中心处和边缘处功率沉积较大,其中边缘处附近功率沉积尤为突出且明显高于高斯分布时的.三种温度和压强分布对两种密度结构的等离子体中电场强度与电流密度分布与变化趋势影响基本相似,由此证明m=1模式的稳定性.     

激光烧蚀溅射形成粒子流的碰撞效应模拟研究

在考虑由激光溅射产生等离子体粒子流质量分布为非弹性和非均匀性的两种情况下,用分子动力学方法模拟了基于分形理论的粒子流碰撞效应对等离子体速度与空间数密度分布的影响.计算结果表明:在粒子质量为分形和均值分布情况下,系统的速度分布和空间数密度分布由于能量耗散均偏离了初始分布,在质量为分形分布情况下,这种偏离更加明显;粒子分布呈现中间密、两端疏的分布特征.相应的模拟结果能与实验观测结果较好符合.     

GaAs和ZnSe中极化子的压力效应

考虑电子发射和吸收多个虚声子对极化子的影响,计入压力效应,采用改进的线性组合算符法讨论极性晶体中的~族GaAs和~族ZnSe极化子的性质.在中间耦合极限下,数值计算得到了这两种极化子的耦合常数、自陷能、有效质量和围绕电子的平均虚声子数随外加压力的变化关系.结果表明:压力对~族材料的影响比较大.     

惯性约束聚变等离子体的光谱诊断（Ⅰ）

利用经过评估的原子结构和动力学参数,针对惯性约束聚变等离子体的局域和非局域热动平衡状态,计算了等离子体中的特征发射光谱,并分析其随等离子体温度密度变化的规律．研究发现离子特征谱线的共振线强度比值、伴线与共振线强度比值对等离子体温度变化很敏感,而特征谱线的线形函数对等离子体密度变化较敏感．这些性质可以用来诊断等离子体温度和密度状态．     

尘粒电荷变化的尘埃等离子体中的MKP方程

使用约化摄动法得到了描述含有尘埃颗粒电荷变化、非热力学平衡离子和玻尔兹曼分布的电子的热尘埃等离子体中的二维尘埃声波的Modified KP(MKP)方程.数值模拟结果表明,诸多等离子体参数,如快离子数,尘埃电荷变化、尘埃流体、离子和电子的温度,以及离子的数密度等均会影响和改变孤波的振幅和宽度.     

激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性

在常温常压下, 利用自建的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验装置获得纳秒激光诱导黄铜等离子体光谱, 研究发射光谱中Zn等离子体光谱在增强型光电耦合器件（ICCD）门延迟为150~3 000 ns时的演化规律, 并利用Stark展宽系数及能级跃迁参数计算等离子体的电子温度和电子密度随ICCD门延迟的演化规律. 实验结果表明: 当ICCD门延迟为150~500 ns时, 初始阶段光谱呈较强的连续谱, 随着ICCD门延迟的增大, 在连续谱上逐渐凸显Zn原子的线状特征谱线, 特征谱线强度在ICCD门延迟为500 ns时达最大; 继续增大ICCD门延迟, 谱线强度逐渐减小, 当ICCD门延迟为3 000 ns时, 等离子体的特征谱线信号基本消失; 谱线强度和电子温度随ICCD门延迟的变化一致, 电子密度和ZnⅠ(481.0 nm)谱线的半高宽随ICCD的变化接近指数拟合.