轻离子在固体中能量歧离的研究

本文用IPM(独立粒子模型)势讨论由于离子与固体原子随机碰撞而导致的离子能量损失和能损涨落现象。根据Bohr理论,满足Poisson统计,碰撞中各独立离子的平均能量损失为能量歧离为:其中,N为原子密度,△R为离子在固体中的路程,T_i为离子与电子作用时损失的动能,n_i为平均涨落数,d_б(T)为离子损失能量在T_i→T_i+△T_i间隔的微分截面。把固体中原子核周围各部分电子云对离子     

一个潮流-准定常流-湍耦合系统中的长期输运方程式

本文试图导出在潮流和同阶准定常流共同控制下,对流为主或与湍扩散同阶的近海系统中的湍封闭长期输运方程式.通常以下列对流-扩散方程来描写近海或河口中浓度c的输运过程:     

驱动太阳磁周期的原因是什么?

太阳磁活动强度呈现大约11年的周期性变化,这是太阳内部等离子体湍动对流和磁场相互作用的结果,即太阳的磁流体力学发电机过程.由于对流层强分层、湍流和非线性的特征,人们远不能通过真实太阳物理参数的全球磁流体力学的数值模拟来认识太阳磁周期的演化.简化的发电机模型,如轴对称运动学平均场发电机模型在理解太阳磁周期方面取得了长足进步.磁场的极向分量和环向分量在一定速度场的作用下相互维持,使得磁场能持续的周期性变化.其中的关键物理问题包括:产生环向场的机制和位置,产生极向场的机制和位置,环向场浮现到表面产生具有倾斜角黑子的物理过程以及黑子赤道向迁移的机制.目前只有环向场的产生机制争议较少,其他的问题自20世纪60年代平均场发电机模型建立以来,不同时期有不同的主流认识和主流的发电机模型.过去十几年中Babcock-Leighton型磁通量输运发电机较为全面地解释了太阳磁周期变化的整体特征,但也面临一些新认知的挑战.包含环向磁流管浮现的三维Babcock-Leighton型发电机可能成为下一代主流的运动学发电机模型,它将和全球磁流体力学模拟并行发展,互相受益,提升对太阳磁周期的理解.     

无碰撞磁重联中的电子动力学

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, 它和空间 物理中的许多爆发现象密切相关. 另外, 空间环境中的等离子体基本上是没有碰撞的, 人们更加 关心的是无碰撞的磁重联过程. 本文从以下几个方面论述了电子动力学行为在无碰撞磁重联中 的作用. 在离子惯性长度尺度范围内, 离子和电子的运动是分离的, 由此产生的Hall 效应决定了 此区域中的重联电场. 另外, 电子的运动决定了重联平面内电流体系, 同时形成了沿分界线的电 子密度降低区域, 这种重联平面内的电流体系决定了垂直重联平面的第三方向磁场分量的结构; 在电子惯性长度尺度范围内, 电子压强分布的各向异性决定了在此区域内的重联电场的大小; 高 能量电子的产生是磁重联的一个重要特征, 重联电场在电子加速的过程中起着决定性的作用, 但 不同的磁场位形及其时空演化会影响电子加速的过程, 并决定电子的最终能量; 讨论了X 点附近 的次级磁岛不稳定性形成小磁岛的模拟结果和观测证据, 及其对电子加速的可能影响; 对电子动 力学行为在实验室等离子体磁重联中的进展也做了介绍. 最后, 指出了一些尚未解决的问题.     

国际热核聚变实验堆用管内电缆导体力学行为研究进展

国际热核聚变实验堆(international thermonuclear experimental reactor,ITER)是目前全球最大、影响最深远的国际科技合作项目之一.该计划旨在验证磁约束受控核聚变反应堆的工程技术可行性,通过由管内电缆导体(cable in conduit conductor,CICC)绕制而成的托克马克(Tokamak)装置产生强磁场,将上亿摄氏度的高温等离子体约束在磁笼内诱发可控热核聚变.2014年ITER组织磁体部门负责人Devred A教授指出当前ITER用CICC主要面临3大挑战:(1)CICC制备过程中普遍存在电缆穿管退扭问题,伴随着电缆节距增加引起交流损耗的增大,这将严重影响CICC电流输运特性及稳定性.(2)CICC短样在热-电磁循环载荷作用下分流温度随循环加载次数的增加表现出退化行为,这就意味着按照目前设计方式,ITER仅能运行数千次,远低于原计划的3万次,这加剧了人们对ITER工程的担忧.(3)高性能超导股线研发与接头制备.ITER托克马克装置中,其中心螺线管和环向场线圈由Nb_3Sn超导股线经多级绞扭而成的CICC绕制而成,最大磁场分别可达13和11.8 T,伴随的巨大电磁力往往使磁体结构发生变形,进而影响高温等离子体的流动品质,降低热核聚变的反应时间,导致ITER装置的功能性设计难以达到预期.同时,已有的研究表明Nb3Sn材料超导性能(主要是指临界电流)对力学变形极为敏感,在拉、压、扭作用下临界电流随变形表现出显著的衰减行为,该行为直接增加了ITER托克马克的安全性隐患.因此,研究超导电缆的等效力学参数及其在多场作用下的力学行为是实现托克马克磁体系统安全性与功能性设计的基石.本文简要总结了兰州大学力学系电磁固体力学研究小组针对超导电缆等效力学参数、穿管过程中的电缆退扭行为、热-电磁静载荷作用下的超导股线屈曲行为以及热-电磁循环载荷作用下的分流温度退化等关键科学问题所开展的基础理论建模与定量分析.在此基础上,对当前CICC研究存在的问题和未来仍需重点关注的方向进行了讨论,其结果将有助于我国力学工作者迅速了解ITER计划进展中所遇到的相关力学问题,也可为未来中国大型超导磁体制备所需的CICC导体结构设计提供参考.     

太阳活动低年附近等离子体质量、动量和能量全日面输出流量的速度谱分析

自1958年Parker预言行星际空间存在太阳风等离子体流以来,它的源区及加速机制一直是空间物理学界面临挑战的难题之一。30多年来人们在观测和理论两方面都作了大量研究。最近我们借助由行星际闪烁观测推算的太阳风速度和K日冕亮度观测来获取日冕高度全日面等离子体质量、动量和能量输出流量(F_M、F_P和F_E)的二维大尺度平均结构,并和同期光球磁场的平均结构相比较。本文以此为基础,针对不同磁结构区太阳风等离子体的质量、动量和能量输出流量与速度的关系进行了分析,获得了一些发人深思的新结果。     

太空中的磁爆

在地球大气层边缘发生的强烈磁爆是一种罕见的能源爆炸的结果———电流高速穿过稀薄的电离气体(等离子体 ) ,正是这种等离子体形成了磁球。磁爆的寿命可从 1个半小时至几天 ,能在天空产生明亮的极光 ,有时会干扰卫星通信。为了探索磁爆中磁能的高速释放 ,这一点类似于太阳大气中的爆炸———耀斑 ,它已让科学家困惑了近 4 0年。最近 ,人们用一种新的理论试图阐明爆炸中的磁能释放 ,该理论足以证实 :啸声干扰波是能量释放中的主角。遍及宇宙的磁能 ,其离子化气体的涡动与发电机的工作原理相似。等离子体的运动放大了磁场 ,使磁场发生扭曲和…     

磁场湍动重联的新模型

磁场重联是等离子体中的一种重要的基本现象,它能引起磁场拓扑形态的突然改变,导致磁能的迅速转化和剧烈释放,是当前天体和空间等离子体物理学重大的前沿课题.现已发现的磁场重联类型有准定常重联和瞬时局地重联.这些磁场重联过程都需要电流片内有相当强的反常电阻;磁场重联的结果将形成大尺度的磁岛和涡旋.然而,二维磁流体力学(MHD)湍流中存在大量的小尺度的涡旋和磁岛.什么样的重联会产生小尺度结构?有没     

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.     

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.     

光驱动微纳马达的运动机理及其性能

微纳马达是指在外界各种能量(光、电、磁、热、化学能等)的刺激下,具有运动性能(包括转动、翻转、梭动、收缩、聚集等)且尺寸为微米或纳米级的微观器件.相对于传统的微纳颗粒而言,微纳马达的可控运行的特性使之在应对未来生物临床、环境治理、微纳器械、微纳加工等领域的实际问题时具备明显优势.光驱动微纳马达作为本领域十分重要的一种类型,由于具有运动远程可控的独特性能而备受关注.本文首先对微纳马达进行了简单的介绍,然后详细地介绍光驱动微纳马达设计的基本原则及驱动机理、光驱动马达的分类、运动特征以及潜在应用,最后对光驱动微纳马达目前面临的挑战以及未来的发展进行了评述.     

非均匀电流分布环流器平衡的近似解法

一、引言求解电流分布不均匀的环流器的平衡位形,对稳定性和输运过程分析都有重要意义。不过,由于描述轴对称磁流体平衡的Grad-shafranov方程的非线性特性,到目前为止,只是对有限的环向电流分布模型或者求得了精确解,或者通过对一些适当的小量,如倒环径比、等离子体压强比、磁面的小变形等做展开的方法,求得了近似解。本文在磁面中仅含一个椭圆磁轴和磁面关于其平均半径的变形为小量的假定下,提出了一种求解环向电流分布任意和磁面截面非圆形情况下的平衡方程的近似方法。     

磁尾磁重联湍动区域内磁零点簇的演化

正磁重联是等离子体中改变磁场拓扑形态并将磁能转化为粒子的动能和热能的物理过程,是空间等离子体物理领域重大的理论基础问题.在三维磁重联理论中,磁零点(磁场为零的点)是磁场拓扑结构的组成要素.在2001年10月1日~09:43:45 UT,C l u s t e r卫星簇穿越了磁尾磁重联区,卫星观测到磁场的Bz分量存在双极变     

我国趋磁细菌的分布及其磁小体的研究

1975年,美国生物学家Blakemore首次发现趋磁细菌(Magnetotactic bacterium).随后一些学者不断从各地的淡水池塘、河流、海洋沉积物表层及潮湿的草原土壤中分离到各种形态的趋磁菌(球形、杆形、弧形、螺旋形).在北半球分离到的趋磁菌会伺地理北极(即地磁南极S)游动;在南半球趋磁菌则趋向地理南极(即地磁北极N)泳动;在赤道附近则既有趋向S极,也有趋向N极的.趋磁菌为微好氧菌,革兰氏染色阴性(Gˉ),生有端生或丛生鞭毛,其对磁场的反应敏感是由于体内含有排成链状或散列的磁小体(magnetosomes).这些磁小体具有重要的应用价值.近年来,美、英、德、日本等国的学者竞相开展研究,1991年日本的Matsunaga等人又分离出好氧生长的趋磁细菌.目前在我国趋磁细菌的研究很少,国内外更无黄土趋磁细菌的报道.本文就我国淡水湖泊及西安段家坡黄土等土壤中趋磁菌的分布、生物学及培养特征、磁小体的特性作一报道。     

Fuzzy拓扑群的分离性

本文讨论Fuzzy拓扑群的分离性.我们沿用中的概念和记号,并以ftg表示Fuzzy拓扑群。定义若ftg(X,T)是Fuzzy准T_o(T_i)拓扑空间(i=1、2),则称(X,T)为准T_o(T_i)ftg;若ftg(X,T)是Fuzzy T_1且T_3(或T_1且T_4)拓扑空间,则称(X,T)为正则(或正规)ftg。对于上述各类ftg,我们有以下关系:[1]证得,这里仅给出两个较复杂的例子。     

太阳等离子体质量流量输出的给定方法初探

本文首次从MHD理论的角度,以光球磁场观测和K-日冕亮度的全日面观测为基础,对此问题作初步探讨.本文一个非常重要的理论新结果是:磁中性线区(即电流片区)是太阳等离子体质量输出最大的区域,与分析部分间接和直接观测数据所得定性结论一致.1 观测基础通过对太阳的连续观测,可在太阳自转一周的时间尺度内测得K-日冕偏振亮度和光球磁     

金属间化物(Sm_(1-x)Pr_x)_2Fe_(17)及其氮化物的磁性和Mssbauer谱研究

自1990年Coey等通过气相掺氮法制备了R_2Fe_(17)N_x化合物,使R_2Fe_(17)间化物磁性能得到很大改善,由此引起有关科学家的广泛兴趣,近年研究结果表明Sm_2Fe_(17)N_x具有优良的内禀磁性,但除Sm外,其余稀土元素构成的2:17型氮化物的易磁化方向却为易面;加之Sm又是价格昂贵的稀土元素,这就大大地限制了它的应用.为此人们进一步寻找既能降低成本,又具有较高的磁性能的途径.本文用X射线衍射,磁测量和M(?)ssbauer谱实验方法系统地研究了金属间化物(Sm_(1-x)Pr_x)_2Fe_(17)及其氮化物的内禀磁性能及其微观机制,揭示了Pr替代Sm对上述氮化物磁性能和微观机制的影响.     

磁层顶涡旋撕裂模不稳定性的数值模拟:涡旋和磁岛的合并增长

通量传输事件(FTE)是发生在磁层顶的局地瞬时磁场重联现象,它在太阳风向磁层输运能量和质量的过程中可能起着重要作用。Lee-Fu模式是FTE的第一个理论模型。最近刘振兴等提出,涡旋重联也可能形成FTE的磁涡旋管。涡旋重联是由涡旋撕裂模不稳定性(VITM)引起的,其饱和后准定常渐进状态在二维情况下由大尺度涡旋和同心磁岛     

2-cocycle与积-积分表示

近来,以讨论反常、磁单极等等物理问题为背景,上同调(cochain)与上闭链(cocycle)在物理中的应用,引起了人们很大的兴趣。如我们所知道的,规范场6-形式导致三维空间的2-cochain与反常对易子的联系;当规范场为经典背景场时,协变平移群的2-cocycle与磁单     

银河系中心黑洞模型失效和磁单极存在的天文观测证据

首先,从2013年在银心附近发现反常强的径向磁场出发,指出如此强大的径向磁场必然阻挡银心外围吸积盘的等离子体物质进入银心内区,因而从银心方向观测到的大量辐射(射电、红外、X-ray)不可能是由吸积物质产生的.由此推断流行了近半个世纪的银河系中心黑洞模型是非物理的;其次,本文论证了利用迄今已知的最有效的发电机理论无法产生如此强大的径向磁场.这两个矛盾表明:必须寻找新的有效模型.近年来的这一系列天文观测现象都正好同在15年前发表的文章《含磁单极超巨质量的活动星系核模型》中的5个重要预言(而且在定量上)基本相吻合.这是目前唯一给出正确定量预言的模型.特别是,模型中预言的银心方向的径向磁场(这是排它性的预言)同2013年的测定在定量上相当好地符合.因此银心附近发现的反常强的径向磁场这个观测事实可能具有两个重大意义:银河系中心的黑洞模型是非物理的;它可能是(粒子物理学预言的)磁单极存在的强烈天文观测证据.