等离子体径向压力分布对射频波功率吸收影响

为建立高效稳定的螺旋波等离子体源,提高离子风暴发动机推进效率,需要对射频波在等离子体中的能量耦合机理进行研究。基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在管中等离子体密度呈抛物线分布条件下,研究了等离子体对Nagoya III型射频天线激发出的射频波功率吸收情况。运用Helic程序对应每个轴向波数kz求解管内电磁场相关的4个径向耦合微分方程,得到能量吸收、波电磁场和电流密度沿不同方向分布情况。通过分析不同压力构型对螺旋波等离子体内能量沉积、波电磁场和电流密度的影响,结果发现:正压力梯度下,射频波透入等离子体径向距离增加,但功率沉积减少,波磁场强度沿各向分量均有所增大。压力梯度的存在使得波电场和电流密度在管壁附近显著增大。     

螺旋型天线螺旋波等离子体特性研究

为提高等离子体密度和工质气体电离率,本文采用螺旋天线产生的螺旋波激励Ar等离子体,并利用射频补偿Langmuir探针分析了等离子体的离子密度和电子温度特征.试验结果表明,气压增加的同时,随着功率的升高,螺旋波等离子体出现放电模式转换,提前进入螺旋波放电模式.在1.0 Pa压强下,当射频功率达到400 W时,等离子体进入螺旋波放电模式,此时扩展区域的等离子体密度超过1×10¹⁸ m^-3.电子密度在放电管中心区域最高,并沿径向逐渐降低.本文的研究结果将为大体积H₂螺旋波等离子体提供依据和经验.     

双鞍型天线与螺旋波等离子体的耦合距离对功率沉积的影响

采用自主编写的程序HWAP(helicon wave at plasma)模拟了双鞍型天线与均匀柱状螺旋波等离子体相互作用时耦合距离对功率沉积的影响。模拟结果表明:1)在一定实验条件下,双鞍型天线发射的波在等离子体中同时激发螺旋波和Trivelpiece-Gould(TG)波,控制天线耦合距离可改变TG波在等离子体边界附近的能量沉积分布;2)当天线耦合距离在一定范围内变化时(15.0~30.0 cm),耦合距离的大小能影响螺旋波和TG波在能量沉积过程中起的主导作用;3)当天线放置在等离子体中时,波在等离子体中沉积的总功率随耦合距离的增加而减少,当天线放置在等离子体边界和装置外壁之间时,总功率沉积先增加后减少,存在一个最佳耦合距离使功率沉积最大。     

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.     

复金兹伯格-朗道方程螺旋波外矢量场响应的数值模拟

针对反应扩散时序振荡系统螺旋波外力场响应缺乏定量化研究的情况，采用龙格一库塔算法对复金兹伯格一朗道方程螺旋波解的外均匀矢量场响应进行了数值模拟．发现在实均匀外矢量场作用下，螺旋波斑图中心不但沿外矢量场方向做匀速直线运动，速度为矢量场的场强，而且还具有沿垂直于外矢量场方向的速度分量，该速度分量是平行方向速度分量的4％．在外均匀虚矢量场的作用下，除了螺旋波癍图中心做匀速直线运动外，螺旋波癍图的臂沿外矢量场方向的一侧变密，而逆外矢量场方向的一侧变疏，其中形变随外均匀矢量场的强度增强而变大．     

空间等离子体中二维电子相空间空洞

利用二维粒子模拟方法分别研究了弱磁化(Ωe=0.5pωe,其中Ωe和ωpe分别为电子的回旋频率和等离子体频率)和强磁化(Ωe=2.0pωe)等离子体中电子双流不稳定性激发静电波的非线性演化过程.结果表明,在这两种情况下,基本的物理过程都是一个几乎单色的静电波在波动的线性阶段被激发,随后在非线性阶段这个静电波的波形互相合并,直至最后形成一个或几个静电孤立结构,这些结构对应于电子速度相空间中的空洞.所不同的是,在弱磁化等离子体中,形成的孤立波有着二维结构,即在两个方向都是有界的.而在强磁化等离子体中,所形成的孤立波是准一维的,即在平行于背景磁场方向是有界的,而在垂直于背景磁场方向是无界的,但是在此方向上无论是平行还是垂直电场都是有变化的.如沿着平行于背景磁场的方向切割静电孤立结构,这两种情况下的孤立波的平行电场都具有双极结构,而垂直电场有单极结构,这些结果和在地球极区上空的观测相符.另外,在强磁化等离子体中,电子空洞可激发静电哨声波,并破坏这些静电孤立结构,直至静电哨声波足够强后这些静电孤立结构消失.     

外界场作用下激发介质的波前曲率关系

通过波前曲面上的移动坐标系和波前边界层的摄动分析,得到波前曲面的法向速度与波前曲率、外界场之间的线性关系,即场作用下的Eikonal方程。此关系的物理意义解释了激发介质螺旋波、回卷波在外界场作用下的Belousov—Zhabotinsky实验现象;几何意义给出一个确定波前边界形状的理论方法。     

局域振荡非均匀可激发介质中的螺旋波

研究了尺度和螺旋波波长相比拟的局域振荡非均匀对可激发介质螺旋波的影响。数值模拟结果表明，局域非均匀产生的影响可分为四种：简单局域空间调制，局域螺旋波，全局螺旋波，全局可持续靶波。产生全局螺旋波和靶波的前提是非均匀引起的新螺旋波角频率必须大于原螺旋波的角频率。大尺度的非均匀在某些参数区域对螺旋波的影响往往比小的非均匀要复杂。     

介质阻挡流光放电中的螺旋波与靶波

采用双水电极实验装置,对大气压氩气介质阻挡放电中的靶波与螺旋波斑图进行了观察测量.实验发现靶波与螺旋波可以互相转变,且有2种不同的转变路径:靶波→单臂螺旋波→靶波→单臂螺旋波;靶波→单臂螺旋波→双臂螺旋波→靶波.     

基于格子Boltzmann方法研究扩散作用对螺旋波的影响

基于格子玻尔兹曼方法的D2Q9模型,研究激发系统中扩散作用对螺旋波演化行为的影响.数值计算结果显示：保持系统其它参数不变,改变快变量的扩散系数Dy,系统中的螺旋波由圆形向方形转变且波臂变粗,系统能量随Dy的增大而逐渐减少,但总量仍然足以维持系统螺旋波稳定;保持系统其它参数不变,改变慢变量的扩散系数Dx,系统中可以演化出稳定螺旋波、小螺旋波和混沌态3种斑图,系统能量随Dx的增大急剧减少;当Dx＝0.24时,可观察到系统中长臂螺旋波排斥短臂螺旋波现象,Dx增大到一定值时,系统将由激发系统向振荡系统转变.     

双层垂直耦合量子点研究

用精确对角化的方法研究了处于外磁场中两层单电子垂直耦合量子点系统.发现在强耦合情况下,随着外磁场的增加,系统基态的角动量会发生跃迁;而在弱耦合的情况下,基态角动量L和自旋都不会随着外磁场的变化而改变,L=0的自旋单态始终为基态.     

磁化等离子体通道天线中电磁波的色散特性

针对现有高功率微波武器辐射天线的不足,提出了将磁化等离子体通道用作电磁脉冲辐射天线的思想--磁化等离子体通道天线（MPCA）,分析了MPCA周围为有耗气体媒质时MPCA所传播的一般模式.简单阐述了MPCA的具体实现方法,根据MPCA的工作原理,建立了MPCA的几何模型,利用边界条件导出了MPCA最严格的色散方程.重点讨论了传播常数随等离子体参数、周围介质参数和外加磁场的变化.结果表明,有限磁场中的MPCA与无穷大磁场时具有一些不同的传播特性,这些结果对于该天线的实现很有参考价值.     

表面波等离子体天线物理特性的理论分析

根据表面波驱动等离子体的方法,建立一种表面波等离子体天线实验系统装置.在该实验系统中,根据等离子体天线的典型实验参数条件,从理论上对该表面波等离子体天线的特性进行了分析,包括:等离子体的电子温度、等离子体密度及其沿等离子体柱的分布情况、等离子体噪声及其对天线噪声的影响,以及等离子体天线的实际长度和导电率与表面波驱动的射频功率的关系.分析结果表明,等离子体圆柱的长度因射频功率的方根增加而增长,而沿圆柱的导电率呈线性关系.     

脉冲磁场测量系统的研制和标定

为了评估雷击建筑物或其附近室内的脉冲磁场水平,研制了一套由自制磁场探测线圈与光纤传输系统集成的脉冲磁场测量系统.光纤传输系统的灵敏度系数通过正弦波发生器进行标定.8/20μs冲击电流发生器输出端连接直径为0.3 m的单匝线圈组成磁场发生器,磁场探测线圈通过固定在单匝线圈的中心进行标定.试验结果表明,该系统能够有效地测量脉冲磁场,磁场探测线圈的B/U标定系数误差小于3%.     

磁场对碳酸钙结晶过程及晶型影响的研究

通过测定电导率变化研究了磁场对碳酸钙结晶过程的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对碳酸钙晶型进行了表征.结果表明,当Ca2+浓度低于2.5 mmol/L时,磁处理抑制碳酸钙的结晶速度;当Ca2+浓度高于2.5 mmo1/L时,磁处理促进了碳酸钙的结晶速度且抑制了晶粒的长大.随着磁场强度的增大,磁...     

Enhanced anti-sunward flow near local noon during a period of horizontal IMF and high solar wind velocity <Emphasis Type="Italic">V</Emphasis><Subscript><Emphasis Type="Italic">Y</Emphasis></Subscript>

It is believed that a southward interplanetary magnetic field (IMF) is mainly responsible for the energy input from solar wind into the magnetosphere. This paper presents an unusual case of strong anti-sunward plasma flow (up to 2 km/s) in the polar cap ionosphere and large cross-polar cap potential (CPCP) during a period of horizontal IMF (|B _Z | < 2 nT) observed by both ACE (at the L1 point) and Geotail (on the dusk flank of the magnetosheath). The CPCP is even higher than that under preceding B _Z ≈ −23 nT. Furthermore, GOES8 observed that the magnetosheath field turns northward as the anti-sunward plasma flow and CPCP start to increase, which implies that the magnetosheath field interacting with the Earth’s magnetopause has significantly rotated and differs from the IMF observed by ACE and Geotail. In accordance with previous theoretical work, we suggest that the magnetic field line draping produces a southward magnetosheath field and enhances anti-sunward plasma flow and the CPCP.     

用矢量合成法测量流动控制结晶器的磁场

由霍尔效应基本关系式,磁感应强度B可以分解为坐标轴向量Bx和By·利用这个原理和传统的磁场测试仪器CT3型特斯拉计,开发出一种新型的磁场测试方法矢量合成法·与传统的磁场测试方法相比,该法不仅能测试出磁场磁感应强度的大小,而且能同时测出其方向·测试结果表明,用该法所测得的流动控制结晶器磁场分布特性,很好地描绘了磁感应强度的实际分布情况·该法适用于测试恒稳磁场·     

填充磁化等离子体波导的导波场分析

文章对填充磁化等离子体波导中的导波场进行了详细的分析,给出了有限磁场下波在填充磁化等离子体波导中的传播理论,推导出作为普遍严格的在磁化等离子体波导中电磁波的波动方程及场分量的表达式,并且对所得到的结果进行了验证,这对进一步研究磁化等离子体波导中的电磁波传播特性和微波等离子体激发的准分子激光器奠定了理论基础。     

求解三维准静态矢量磁位的快速多极方法

将快速多极算法（FMM）应用于三维准静态电磁场矢量磁位的求解，首先根据计算精度的要求把连续分布的场源进行离散化处理，然后通过静电类比分析，将求解三维准静态矢量磁位的问题转化为多体问题，进而利用快速多极方法来计算三维空间中载流导体产生的矢量磁位，可以将计算量由O（N^2）降低为O（N）次运算，大大提高了计算速度．算例的计算结果表明，当取剖分体积单元的边长等于0．25倍透入深度时，采用FMM方法计算的电流密度不均匀分布载流导体在其自身所在空间的磁矢位与精确解的相对误差小于0．005，而其在自身所在空间以外的磁矢位的FMM计算结果，具有更高的精度．经过积分方程离散和静电模拟分析，应用FMM算法可正确地计算三维空间载流导体的矢量磁位，计算误差可通过剖分密度进行控制．提出的方法扩展了FMM算法在准静态矢量磁位数值计算领域中的应用，为芯片上互连电感参数的计算奠定了基础．