具有非广延分布电子的碰撞等离子体磁鞘的结构

很多关于等离子体鞘层的研究工作都是基于电子满足经典的麦克斯韦速度分布函数,而等离子体中的粒子具有长程电磁相互作用,使用Tsallis提出的非广延分布来描述电子更为恰当.本文建立一个具有非广延分布电子的碰撞等离子体磁鞘模型,理论推导出受非广延参数q影响的玻姆判据,离子马赫数的下限数值会随着参数q的增大而减小.经过数值模拟,发现与具有麦克斯韦分布(q=1)电子的碰撞等离子体磁鞘对比,具有超广延分布(q<1)和亚广延分布(q>1)电子的碰撞等离子体磁鞘的结构各有不同,包括空间电势分布、离子电子密度分布、空间电荷密度分布.模拟结果显示非广延分布的参数q对碰撞等离子体磁鞘的结构具有不可忽略的影响.希望这些结论对相关的天体物理、等离子体边界问题的研究有参考价值.     

二维辐射场的像素层析重构技术及等离子体不稳定性实验研究

本论文先后在HL-1M托卡马克和日本LHD螺旋器两个装置上，对（1）HL-1M软X辐射强度分布和扰动特征及在各种辅助加热、加料条件下的等离子体芯部不稳定性；（2）LHD热辐射功率时空分布及边缘辐射功率的极向不对称性两个方面进行了实验研究。所采用的诊断技术主要包括软X射线起伏测量、辐射热测量等多种手段。这些诊断技术不仅具有较高的时间空间分辨率。而且应用我们开发的可重建等离子体细微结构的新的基于磁面的重构方法，使我们不但可以得到等离子体辐射分布的演化图像。还可以分析等离子体从芯部到边缘的不稳定性现象和高约束模式的内部结构。由此我们可以得到有关物理量的时序关系和空间分布特征，从而取得了一些新的实验结果。     

如何从偏振仪测量信息中获得q分布

介绍了一种通过实验测量获得的法拉第旋转角和电子密度分布获得托卡马克等离子体安全因子分布的模拟计算方法.该方法采用大环径比的近似,适用于平衡态等离子体物理分析.在欧姆和电子回旋加热的放电情况下,获得了合理的安全因子q分布和电流密度分布,计算结果与软X射线测量的结果一致.     

HL-2Aװ��SDD��X����PHA����ʵ����

用软X射线脉冲高度分析(PHA)阵列系统获得了等离子体的电子温度剖面和电子速率分布的时间演化。测量结果表明,电子温度剖面在OH阶段较平缓,接近抛物线1.0×[1-(r/a)2]2分布;而在ECRH(功率0.8MW)阶段,等离子体中心(z＝0)电子温度上升了0.6keV,边缘(z＝30cm)处只上升了0.1keV,反映出ECRH功率沉积在等离子体中心区域;在ECRH期间有大量的高能电子产生,因而电子速率分布在ECRH期间显著改变;等离子体中心的高能电子的数量和能量都比等离子体边缘的增加更大,ECRH(～0.8MW)期间等离子体中心(z＝0)产生的高能电子的能量可达17keV。分析表明：在ECRH(纵场Bt=1.3T)放电期间,ECRH加热效果显著,ECRH的功率主要沉积在等离子体中心附近;电子温度剖面在ECRH阶段较OH阶段峰化;ECRH期间有大量的高能电子产生,电子速率分布被改变成为非麦克斯韦分布。     

Z-pinch实验X光辐射过程一维空间分布诊断技术

在Z-piirch实验中，研制了由闪烁体薄膜、光纤阵列、条纹相机等组成的同时具有时间分辨和一维空间分辨能力的Z-pinch等离子体X光辐射过程空间分布诊断装置，诊断装置沿垂直于负载轴向的方向观测等离子体X光辐射的时空分布。利用狭缝实现X光辐射区域的一维空间分辨成像，通过选择狭缝方向可选择测量X光辐射过程沿负载轴向或径向空间分布。     

“阳”加速器上的Z箍缩诊断技术

概述了为开展Z箍缩实验物理研究而建立的一些诊断技术和方法。这些诊断技术已成功应用于"阳"加速器(负载电流1.2 MA,上升时间85 ns)喷气和丝阵Z箍缩物理研究中,其中软X光8通道Dante谱仪和软X光闪烁体功率计主要用于软X光能段的辐射功率、能量和低能辐射能谱测量;椭圆弯晶谱仪、凸圆柱晶体谱仪和透射光栅谱主要用于X光辐射线谱和连续谱的测量,以获取等离子体密度、电子和离子温度等信息;X光八分幅针孔相机、分能段6通道X光掠入射针孔积分相机和激光差分干涉测量系统主要用于研究Z箍缩内爆动力学过程及等离子体参数等,并给出了这些诊断系统获取的典型实验结果,包括X光辐射功率、辐射能谱、等离子体内爆图像和密度分布等。     

时频分布技术在激光与等离子体相互作用粒子模拟诊断中的应用

在对超短超强激光与等离子体相互作用进行粒子模拟诊断的研究中,输出量普遍为时间或空间上的非平稳信号。将时频分布技术引入粒子模拟结果的诊断,指出用时频分布技术等现代信号处理技术诊断模拟结果中的非平稳信号具有重要意义。作为实例,考察了用线性啁啾激光打靶条件下,包含nc/4(nc为等离子体临界密度）的非均匀等离子体区域中的受激拉曼散射的演化,并用时频分布技术得到了清晰的物理图像。     

二元激光等离子体的时空演化机制研究

由于等离子体是激光诱导击穿光谱(LIBS)的光谱源，其内部粒子的分布结构将直接影响LIBS谱线的信噪比，因此研究等离子体粒子分布结构和动态膨胀过程对提高LIBS的定量测量精度具有指导意义。利用时间、空间、波长分辨的双波长差分成像技术分析激光诱导铝锡合金产生的二元等离子体，获取等离子体内各态粒子发射率的时空分布图像，以期探索不同激光支持吸收波(LSAW)类型的等离子体内各态粒子时空分布结构的演化机制。实验通过低、高激光辐照度的脉冲激光，分别构建了激光支持燃烧波(LSCW)和激光支持爆轰波(LSDW)型等离子体。通过观察等离子体的形态、内部结构、粒子分布、粒子寿命，结合元素的物理性质及谱线属性，分析了激光与金属及等离子体之间的相互作用，形成了二元激光等离子体的时空演化机制。结果表明：(1)激光辐照度会改变等离子体的粒子分布结构；(2)低辐照度激光诱导产生的LSCW型等离子体内部有明显的层状分布，激光主要吸收区位于蒸汽等离子体，此时粒子的寿命较短，分布结构主要依赖于元素熔点，低熔点元素会先从难混溶合金表面熔化并析出，分布于蒸汽等离子体顶部；(3)高辐照度激光产生等离子体的传播模型为LSDW型...     

等离子体电子温度的发射光谱法诊断

电子温度是表征等离子体性质的一个重要参数。由于等离子体放电过程非常复杂,要实时准确测定其电子温度值非常困难。发射光谱法作为一种等离子体诊断技术,因其所使用的仪器相对简单,并采用非接触测量,灵敏度高,响应速度快,可广泛地应用于各种等离子体性质的研究和参数的诊断。文章介绍了测定等离子体电子温度的双谱线法、多谱线斜率法、等电子谱线法、Saha-Boltzmann法、谱线绝对强度法等多种发射光谱法,同时综述了这些方法在等离子体电子温度诊断中的应用,旨在为实际过程中选择合适的等离子体诊断方法提供参考。     

基于Ar发射光谱的感应等离子体球化高温流场温度测量研究

感应等离子体可通过纯净、热等离子体的焦耳加热作用,实现不规则粉末颗粒的球化,感应等离子体球化在航空航天领域具有广阔的应用前景。气流温度是感应等离子体球化制粉的关键参数,等离子体发生器内高温流场温度的空间分布测量为感应等离子体制粉研究和相关工艺改进优化提供了定量依据。在传统接触式测量手段难以应用于感应等离子体高温流场测量的背景下,该研究发展了非接触式的发射光谱诊断技术,开展对100kW高频感应等离子体发生器制备球形钛粉过程中高温等离子体气流的诊断。通过测量氩气(Ar)在高温下的发射光谱谱线,结合电动位移扫描技术,获得了等离子体发生器内某一截面温度的径向空间分布。研究结果表明:感应等离子体发生器内径向气流温度的变化呈现马鞍形的变化趋势,不送粉条件下高温流场待测横截面的中心位置有一个低温区,温度在(10 120±240) K,气流最大温度值的区域位于测量横截面圆心的两侧,靠近趋肤层的位置,两侧最大温度值分别为(10 500±240)和(10 620±240) K;相比于不送粉条件,送入钛粉后感应等离子体发生器内高温流场内温度出现明显变化,钛粉送入区域下方出现一个明显的倒三角的低温区,送粉与不送粉下圆心低温区的温差在500 K左右,趋肤层最大温度区的温差在400 K左右,显示了颗粒送入被加热的过程中,附近气流温度也随之出现下降。发展的测量技术为定量了解感应等离子体球化流场温度二维空间分布提供了成熟的非接触式光谱测试手段。     

电子的非广延分布对等离子体鞘层中二次电子发射的影响

采用一维流体模型研究了非广延分布电子对等离子体鞘层中二次电子发射的影响.通过数值模拟,研究了非广延分布电子对考虑二次电子发射的等离子体鞘层玻姆判据、器壁电势、器壁二次电子临界发射系数以及等离子体鞘层中二次电子密度分布的影响.研究结果发现,当电子分布偏离麦克斯韦分布(q=1,广延分布)时,非广延参量q的改变对器壁二次电子发射有着重要的影响.不论电子分布处于超广延(q 1),还是处于亚广延状态(q 1),随着非广延参量q的增加,都会出现鞘边临界马赫数跟着减小,同时对于随着二次电子发射系数的增加,临界马赫数跟着增加.器壁电势随着参量q的增加而增加.器壁二次电子临界发射系数则随着非广延参量的增加而减小,并且等离子体中所含的离子种类质量数越大,非广延参量的变化对器壁二次电子临界发射系数的值影响越小.此外,随着非广延参量的增加,鞘层厚度减小,鞘层中二次电子数密度增加.通过对数值模拟结果分析,发现电子分布处于超广延分布状态对等离子体鞘层中二次电子发射特性的影响要比电子处于亚广延分布状态要更明显.     

HL-1M弹丸云分析和安全因子初步测量

在HL－1M装置上用高速二维成像CCD相机观测了弹丸的注入和消融过程,获得了一次放电的大量高时间分辨率（曝光时间为0.1us）的多幅度多次曝光的弹丸消融云照片,并对HL－1M等离子体的q分布进行了初步测量。描述了基于消融云倾斜角观测进行q分布测量的实验布局、基本问题和结果。根据照片分析了弹丸注入效果,讨论了弹丸与等离子体相互作用的物理机制。     

非对称Abel逆变换研究及其在等离子体辐射功率分析中的应用

一、引言 在实验等离子体物理中,常遇到测量量是待求物理量沿等离子体截面弦的线积分值,为待求量,L为弦长。从测量到的I(x)值,求出i r值的Abel逆变换,在等离子体诊断的数据处理中得到了广泛应用。 在假定等离子体截面为中心对称的前提条件下,人们对Abel逆变换方法做了很多的研     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之六)

 六、各种形式的等离子体诊断技术要想真实地了解聚变装置中的高温等离子体的运动规律,的确是一件相当复杂的事情.发展等离子体诊断技术的目的就是设法利用一切可能利用的技术手段来了解等离子体的内部状态,例如中子温度、离子温度、等离子体电流和磁场的大小及空间分布;了解各种输运过程的特点,各种波动过程和不稳定性的模式及其增长率,以及等离子体的约束时间等.在受控核聚变研究的发展过程中,研制新的诊断技术一直占有相当重要的地位.有些刚出现的新技术很快就被应用到等离子体诊断方面.激光技术便是一个例子.     

HL-2A装置SDD软X射线PHA阵列实验结果

用软X射线脉冲高度分析(PHA)阵列系统获得了等离子体的电子温度剖面和电子速率分布的时间演化。测量结果表明,电子温度剖面在OH阶段较平缓,接近抛物线1.0×[1-(r/a)²]²分布;而在ECRH(功率0.8MW)阶段,等离子体中心(z＝0)电子温度上升了0.6keV,边缘(z＝30cm)处只上升了0.1keV,反映出ECRH功率沉积在等离子体中心区域;在ECRH期间有大量的高能电子产生,因而电子速率分布在ECRH期间显著改变;等离子体中心的高能电子的数量和能量都比等离子体边缘的增加更大,ECRH(～0.8MW)期间等离子体中心(z＝0)产生的高能电子的能量可达17keV。分析表明：在ECRH(纵场B_t=1.3T)放电期间,ECRH加热效果显著,ECRH的功率主要沉积在等离子体中心附近;电子温度剖面在ECRH阶段较OH阶段峰化;ECRH期间有大量的高能电子产生,电子速率分布被改变成为非麦克斯韦分布。     

HL-2A装置等离子体可见光成像系统的组建及其在位形识别上的应用

为了对HL-2A装置等离子体放电过程提供直观的观测，我们研制了一项新的诊断手段，即等离子体可见光成像系统(TTV)，这种诊断是近年来发展的先进诊断和测量方式，目前在国外托卡马克装置上得到了广泛的应用，而在国内托卡马克装置上则是首次采用。     

软X射线激光探针诊断高Z材料等离子体

激光辐照靶产生的等离子体电子密度的诊断对于惯性约束聚变、高能量密度物理等相关领域的研究具有重要意义,特别是高Z材料等离子体临界面附近的电子密度分布信息的测量.利用软X射线激光作为探针是诊断等离子体电子密度分布的一种重要方法,但在诊断激光辐照高Z材料产生的等离子体研究中,遇到了高Z材料等离子体自发辐射过大的问题,难以开展.为此,针对软X射线激光的特点,发展了多种具体的实验技术.通过综合利用这些技术,大大的抑制了待测等离子体自发辐射对信号的影响,使得软X射线激光探针诊断高Z材料等离子体成为可能.作为典型例子,实验诊断了激光辐照金平面靶的等离子体,获得了清晰的实验图像,表明相关的技术是有效和可行的.     

低温低密度等离子体密度及分布函数测量

一、引言 近来,尽管等离子体诊断技术有了很大发展,古老的朗缪尔探针由于结构简单,使用方便且有较好的时间空间分辨,至今仍作为基本诊断工具而广泛使用。但是,简单的朗缪尔探针理论只适用于中等密度(L》r》λD,L是平均自由程,r是探针半径,λD是德拜长度),对于低密度等离子体(r≤λD),朗缪尔探针理论复杂得失去了实用价值。本文将给出两个适合于低密度情况下的简单公式,并介绍一种实验中所用的静电能量分析器。     

相对论q分布正负电子对等离子体横振荡

研究了无磁化、无碰撞、各向同性相对论q分布正负电子对等离子体横振荡色散关系,通过理论推导得到与非广延参数q有关的色散方程。从该色散方程出发,得到极端相对论情况下长波支和短波支下等离子体横振荡色散关系解析解,为了得到完整的色散曲线,对色散方程进行数值计算,在极端相对论情况下数值结果与解析结果在长波支和短波支下完全吻合。研究发现相对论q分布下色散关系与非广延参数q和温度有关,当q1时,则渐进结果与经典统计下的一致。     

基于Abel逆变换的激光诱导等离子体辐射特性研究

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种新型的物质成分测量方法已经在越来越多的领域得到广泛应用，但是与传统的分析方法相比，LIBS技术的分析性能还需进一步提高。LIBS技术的理论基础是激光诱导等离子体，从物理机理上研究等离子体特性，对LIBS系统实验参数的优化具有指导作用，也为提高LIBS技术的检测能力奠定理论基础。激光诱导等离子体是一个与空间相关的非稳态辐射源，空间分辨光谱测量是探究等离子体物理特性的重要手段之一。为研究激光诱导等离子体的辐射特性，采用1 064 nm的Nd∶YAG调Q固体激光器烧蚀合金钢样品产生等离子体，利用空间分辨装置测量二维空间的等离子体辐射光谱信号，通过分析可知实验采集的光谱信号是信号探测器测量路径上的积分光谱强度，由此计算得到的等离子体参数也是观测路径上的平均值。为了深入研究等离子体由内层到外层的辐射规律，首先测量得到等离子体路径积分光谱强度的横向空间分布，然后以等离子体为光学薄和圆柱对称的前提条件，采用三次样条函数算法对路径积分光谱强度进行Abel逆变换，反演得到等离子体由内层到外层谱线辐射率的径向空间分布。选取等离子体辐射光谱中的原子谱线Fe Ⅰ: 374.55 nm和Mn Ⅰ: 403.08 nm为研究对象，分析等离子体辐射光谱的空间分布特征，研究结果表明，等离子体辐射路径积分光谱强度的横向分布呈现出中心位置强度大边缘位置强度小的特征，这是由于等离子体膨胀扩张的结果引起的；通过Abel逆变换得到等离子体光谱辐射率的径向分布，结果表明等离子体从内层到外层谱线的辐射率经过了先增加后减小的变化规律，等离子体中心处出现辐射率的极小值，造成这种现象的主要原因是由于等离子体辐射源中心区域具有较低的电子密度；选取等离子体辐射光谱中Fe元素的11条原子谱线，采用Boltzman法分别由谱线相应的积分光谱强度和辐射率计算等离子体温度，得到等离子体温度的横向空间和径向空间的二维分布，两者具有类似的变化规律；由等离子体温度的横向空间分布可以看出，随着离样品表面距离的增加，等离子体温度呈现单调减小的趋势，等离子体中心到边缘区域等离子体温度逐渐降低，这是由等离子体膨胀扩张以及与环境气体相互作用共同的结果；由等离子体温度的径向空间分布可以看出等离子体由内层到外层等离子体温度逐渐降低，这是由于等离子体膨胀扩张冷却引起的。由此可见，采用Abel逆变换能够实现等离子体由内层到外层的辐射特性分析，为深入理解等离子体产生和演变的物理机理提供实验依据，从而为提高激光诱导击穿光谱技术的分析性能奠定理论基础。