天体物理和空间物理中辐射磁流体动力学数值模拟研究现状与展望

宇宙中超过99%的重子物质都是等离子体,磁场在其中广泛存在且与等离子体相互作用.另外,辐射也往往对于这些等离子体的动力学起着重要影响.因此,完整描述这些等离子体的基本物理规律依赖于辐射磁流体动力学.由于非线性以及物理上多尺度耦合的特征,数值模拟在求解辐射磁流体动力学方程中起着重要的作用.近年来,由于技术及软硬件的快速发展,数值模拟的作用越来越显著,已经与观测、理论一起,发展成为了3种主要的研究方法.本文综述辐射磁流体动力学的数值模拟在天体物理(包含太阳物理)以及空间物理领域的研究现状,并对未来的发展进行展望.     

等离子体化学新进展

等离子体化学是在等离子体物理学的基础上发展而形成的一门新兴学科。由于等离子体化学反应与已实现工业化的一些高温化学反应、光化学反应、放射或辐射化学反应相比,具有较高的收率和良好的选择性,所以近年来在应用研究上已取得了重大突破。《等离子体化学新进展》一文介绍了等离子体化学在金属处理、材料表面改性、合成反应、聚合反应和研制超微粒子等方面的进展及研究动态。     

受控核聚变中的表面现象

核聚变等离子体与器壁的相互作用是核聚变材料研究中的重要问题,《受控核聚变中的表面现象》一文对等离子体与器壁表面相互作用中的几个重要物理过程作了介绍。     

表面手性现象的STM研究

表面手性现象研究是一与表面物理、表面化学、结构化学、立体化学等学科密切相关、在基础和应用研究方面均具意义的重要领域. 近年来, 利用STM等现代分析手段, 该领域的研究取得了显著进展. 结合我们的近期研究工作, 概述了目前利用STM技术进行表面手性现象研究的代表性结果, 包括表面手性分子的绝对构象判定、二维组装结构和由分子吸附引起的特殊手性表面结构等, 并对该领域的未来发展进行了展望.     

2+1维荷电蒸发黑洞的Hawking辐射

起因于Hawking辐射的黑洞量子力学不稳定性的发现是近20年来量子场论中的最重要进展之一.这个重要的理论发现,不仅解决了黑洞热力学中存在的矛盾,而且深入地揭示了量子力学、热力学和引力论之间的内在联系.由于蒸发和吸积等物理过程,宇宙中黑洞必然是随时间变化的.因此深入研究这类黑洞的Hawking辐射,显然对于人们完整认识黑洞这种暗天体是有着重要意义的低维引力理论研究是理论物理中近几年来的一个热门课题,它对于量子引力理论研究有着重要的意义,相应的低维黑洞研究也日趋活跃.在文献[9,10]中分别对1+1维和2+1     

金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用

金属纳米结构的表面等离子体光学在光催化、纳米集成光子学、光学传感、生物标记、医学成像、太阳能电池, 以及表面增强拉曼光谱等领域有广泛的应用前景, 这些功能和金属纳米结构与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关. 本文简单回顾国际上该领域过去十来年的一些重要研究进展和当前发展的前沿动态, 重点介绍我们课题组近年来在金属纳米颗粒和纳米结构的表面等离子体光学理论和实验研究上取得的一些成果. 同时还介绍了我们课题组目前在表面等离子体光学研究方面的若干新思路, 包括表面等离子体共振放大、紫外波段光学天线、纳米天线光学双稳态、表面等离子体辅助的量子相互作用等. 通过这些经验和教训的介绍与讨论, 期望能够达到抛砖引玉的目的, 与国内同行来共同探讨表面等离子体光学结构是如何在纳米尺度上实现对光的各种性质的调控和利用的, 并向等离子体光学的未知领域开拓进取.     

钛原子吸收振子强度F值的确定

在核聚变和等离子体物理中,对边界元素、以及靶丸原子参数、聚变等离子体过程的研究,振子强度是一个非常重要的物理量.因为从理论上解释等离子体的光谱特性、设计等离子体模型、预言等离子体行为、诊断等离子体的成分与性质都是必不可少的参量.此外,利用这个参量还可以为判断其它物理参数(如波函数等)的合理性提供判据.本工作选择了钛原子,采用束-箔技术通过测量能级寿命确定振子强度,得到了与我们利用量子力学理论计算相符合的结果.     

硅酸盐熔体的物理化学性质研究进展及其应用

硅酸盐熔体具有高度的物理和化学活性, 是地球乃至其他类地行星内部物质和能量迁移的重要载体. 它们在地球内部层圈形成和演化的岩石学和动力学过程中发挥了关键作用. 充分了解高温高压条件下各种成分硅酸盐熔体的物理化学性质, 是正确认识与壳幔部分熔融相关的各种地质现象(如深部岩浆作用和火山喷发)的先决条件. 硅酸盐熔体自身的物理化学性质分为热力学性质(包括热力学状态函数和均相反应平衡常数)与动力学性质(包括迁移性质和均相反应速率常数). 针对硅酸盐熔体性质的研究, 近年来在高温高压实验和分析技术、计算方法(特别是第一原理分子动力学模拟)、理论模型以及熔体宏观性质与微观结构之间联系等方面都取得了很大进展. 通过与地球物理和地球化学观测的结合, 熔体性质领域的研究进展显著改进了我们对地球内部状态和地质过程的理解. 本文综述了硅酸盐熔体物理化学性质研究的成果和现状, 阐释了一些具有重要意义的应用实例, 并展望了该领域未来的研究趋势.     

用束-箔方法确定ArⅡ和FeⅠ的吸收振子强度

在核聚变和等离子体物理中,对边界元素以及靶丸原子的参数、聚变等离子体过程的研究,振子强度是一个非常重要的物理量.因为从理论上解释等离子体的光谱特性、设计等离子体模型、预言等离子体行为、诊断等离子体的成分与性质都是必不可少的参量.此外,利用这个参量还可以为判断其它物理参数(如波函数等)的合理性提供判据.人们从实验上测定跃迁振子强度的方法主要有稳定弧(Stalilized arcs)发射测量和冲击管(shock tubes)吸收     

探讨我国在太阳物理领域中螺度研究的进展

太阳是距离地球最近的恒星,不仅对于日地空间环境具有重要的影响,而且作为独一无二的天然等离子体实验室,有助于理解宇宙中电磁相互作用的基本过程.螺度作为描述矢量场属性的基本参量,在理解太阳物理研究的核心课题——太阳磁场的起源和磁场能量的释放机制方面具有重要意义.本文探讨了螺度的基本概念(包括磁螺度、电流螺度、运动学螺度等),以及我国太阳物理学家在螺度研究中的主要进展,并对未来太阳物理中螺度研究的问题做了一些探讨.     

He~+辐照非晶态合金的深度分布和保存量

在聚变堆的设计中,材料的辐照损伤被看成是除了等离子体物理外最重要的技术问题之一,特别是第一壁,它要经受热等离子体、聚变α粒子、14MeV聚变中子、中性原子等的直接照射,高通量、多种粒子的照射使得第一壁辐照损伤的研究特别重要.壁材料的辐照损伤分为两类,一类是体损伤,另一类是表面损伤,表面损伤的主要表现形式为表面溅射、表面发泡和蒸发,聚变α粒子引起第一壁的表面损伤是当今聚变堆研究十分关注的问题.     

大气中细颗粒物表面多相化学反应的研究

细颗粒物在大气环境问题中起着重要的作用, 对于其表面上的多相复合反应的研究已成为当前大气环境科学研究最前沿的领域. 阐述了大气中细颗粒物的物理和化学特性, 及其与大气中痕量污染气体物质的相互作用, 探讨了细颗粒物表面多相化学反应的研究方法. 评述了大气中细颗粒物表面多相化学反应研究的若干进展, 提出了主要存在的问题及今后的研究前景.     

编者按: 空间物理和空间天气学

开展对空间物理和空间天气学的研究, 有助于更好地了解并预报空间环境中发生的灾害性空 间天气事件, 为国家的航天和通信事业服务. 作为一个跨学科的研究领域, 对空间物理与空间天气 学的研究需要不同领域的科技工作者的共同关注, 促进其有序、快速地发展. 本专题就“空间物理与 空间天气学”领域中若干前沿的科学问题作了评述, 分别是无碰撞磁重联中的电子动力学、地球磁 尾等离子体片中的高速流、地球内磁层中的高能粒子, 以及电离层和太阳活动的关系. 主要内容介 绍如下. 磁重联提供了一种快速地将磁场能量转化为等离子体动能和热能的物理机制, 它与空间物 理和空间天气学中的许多爆发现象密切相关, 本专题的第一篇文章讨论了电子动力学行为在无碰 撞磁重联结构形成中的作用, 以及电子在其中的加速机制. 等离子体片中的高速流则是一种经常出 现在磁层剧烈扰动期间的现象. 第二篇文章简单回顾了高速流研究的历史, 介绍高速流的成因及与 极光的关联, 探讨了其与等离子体磁结构的异同及其与背景等离子体的相互作用, 以及高速流在磁 层亚暴过程中的作用. 辐射带中的能量电子与离子是首要的空间天气威胁, 理解这些粒子如何在辐 射带中被加速是空间物理和空间天气学领域的主要挑战之一. 第三篇文章总结了行星际激波在内 磁层激发的超低频(ULF)波对“杀手”电子与能量离子的快速加速的最新进展. 秉含着不同时间尺度 的太阳电磁辐射变化是调制电离层的主要因素, 电离层对太阳活动性的依存关系是认知电离层结 构与演变的基础. 第四篇文章简要地介绍了最近一些年在电离层的太阳活动性依赖特性方面取得 的进展. 有关内容供感兴趣的科技工作者参考.     

磁约束等离子体中的射频波电流驱动和流驱动

射频波可以进入聚变等离子体,通过无碰撞机制将能量和动量沉积于其中,在加热等离子体的同时,还可以驱动等离子体电流和等离子体流.等离子体电流的非感应维持是托卡马克类型聚变装置稳态运行的关键,而电流剖面的控制及等离子体流的存在对于抑制磁流体不稳定性、建立和维持高性能的约束模式至关重要,因此射频波电流驱动和流驱动在磁约束聚变等离子体物理研究中有重要意义.本文从等离子体中波与粒子相互作用的基本物理出发,对磁约束等离子体中射频波电流驱动和流驱动的研究现状、面临的挑战、以及可能的研究趋势进行了简要评述.几个关键问题被特别指出,包括:共振吸收机制与高密度下射频波电流驱动效率衰减的内在联系;非共振驱动机制的可行性探讨;从动量获取和动量弛豫的平衡关系出发探索共振机制下提高驱动效率的可能性;流驱动中射频波的直接驱动和间接驱动效应,尤其是射频波有质动力效应;射频波耦合和传播过程中复杂的非线性过程对电流驱动和流驱动的影响等.     

天体物理力学

近年来,由于观测技术和模拟计算的进展,在天体物理领域内,形成了一个重要的研究分支,这就是天体物理力学.它用气体动力学的方法,在考虑了物质和辐射的相互作用的基础上,研究和解释天体的各种动力学现象.     

线聚焦激光辐照栅状结构靶的发射特性

近年来,世界范围内X射线激光研究在多方面取得了较大进展,引起人们广泛的注意,特别是,其中有关提高具有潜在实用价值的复合泵浦X射线激光的增益长度积(GL值)的研究是最活跃的前沿课题之一.采用新的靶型以加速冷却是一种可能的有效途径.此外,对不同结构的靶型,等离子体不均匀性的平滑和增长是大家关注的焦点问题.本文报道了线聚焦1.05μm激光辐照具有空间周期刻槽结构的栅状靶所产生等离子体的发射特性的实验研究结果.文中从空间和时间分辨的线状等离子体轴向和侧向软X射线光谱测量,空间分辨的电子温度和电子密度诊断,以及等离子体二次谐波发射测量等角度研究了栅状结构靶与激光相互作用的物理过程.通过与平面靶比较,实验观察到若干可能的激光跃迁的轴向发射增强等重要现象,表明采用这种结构的靶将可能提高复合X射线激光的增益.     

等离子驱动微小碎片加速器机理及运行参数

毫米以下尺寸微小碎片在近地空间存在数量大, 对航天器暴露材料的长期累积侵蚀作用成为影响航天器寿命和可靠性的重要因素, 在航天器的空间环境适应性设计中必须予以考虑. 为了模拟研究空间微小碎片对航天器材料的撞击效应, 研制了等离子体驱动的微小碎片加速器. 本文对加速器的核心过程—— 等离子体的加速、压缩进而形成超高速等离子体射流的物理过程建立了物理模型, 并进行了计算以及与实验结果的对比分析, 揭示了加速过程的物理机制, 为加速器的优化设计提供了依据. 同时, 通过一系列实验研究, 确定了加速器运行的最佳工作参数, 并初步获得了加速器的加速能力范围.     

用成键轨道近似研究GaAs(110)表面声子

一、引言 半导体表面原子并不处于由体内结构所决定的“理想”位置,而是出现各式各样的驰豫与重构。由于表面结构问题的复杂性,一个表面的确定往往需要各种方法相互印证。尽管国际上在这方面做了大量工作,但被公认已被解决的却极少。由于表面振动能提供表面几何结构与表面电子结构相互关联的直接实验验证途经,表面振动可能会在表面结构问题上起重要的作用。同时,表面振动对表面动力学行为及热力学性质均有重要影响,对其进行逐步深化的研究是很需要的。     

非理想等离子体的压强计算公式

受控核聚变已日益接近点火条件,对稠密的非理想等离子体基本性质的研究目前正广泛开展。维德诺夫(Vedenov)曾给出热力学平衡态的非理想等离子体的压强公式。实验室和天体等离子体往往处于非热力学平衡的定态。     

稀土元素异硫氰酸盐水合物的低温热容和标准热力学函数

稀土元素及其化合物由于在科学上的重要意义和在工业上的应用价值,这一领域的研究近年来进行得十分活跃并取得了很多新的进展叭 为了有效地开发和充分地利用我国丰富的稀土资源,许多有关工业和研究部门迫切需要稀土元素及其化合物的基础热力学数据作工程设计或理论计算之依据. 稀土元素异硫氰酸盐水合物能与众多的配体形成配合物,对萃取、分离稀土化合物具有重要意义。热容是重要的基础热力学数据,迄今这类化合物的热容数据,还未见报道. 我们合成了包括锢、饰、错、钦、衫、礼、镜和忆在内的八个稀土元素异硫氛酸盐水合物,用精密绝热量热法,…