新型基于彩色荧光灯的牛顿环实验

探讨使用彩色荧光灯替代低压钠灯做牛顿环实验的可行性,采用红、蓝、绿、白色四种荧光灯为光源,进行了牛顿环实验研究。实验结果表明:红色荧光灯可以替代低压钠灯光源进行牛顿环实验,并且测量的干涉条纹级数越高实验计算结果越精确。     

柱形等离子体辐射场和阻抗的数值计算

由柱形非磁化等离子体色散关系，得到信号沿柱形等离子体传输波矢空间分布，再根据天线方程推导得到柱形等离子体在轴向密度均匀、不均匀情况下辐射方向图、辐射阻抗与增益等参数.理论计算结果与实验都证明了柱形等离子体辐射方向图随等离子体参数变化而改变，同时实验结果表明，重新得到的数值计算结果更加精确，更加符合实际测量结果，这对等离子体作为天线传输具有重要的参考价值. 关键词： 柱形等离子体 辐射阻抗 辐射方向图     

Z箍缩Al等离子体发射谱的非局域平衡模拟

采用FAC (flexible atomic code)程序, 在细致能级层次计算等离子体原子结构参数和等离子体中各种原子物理过程的基础上, 建立了等离子体中各种能级布居的速率方程, 其中考虑了等离子体中各种原子物理过程的影响. 通过求解基于细致能级的速率方程, 计算了Z箍缩产生的Al等离子体辐射的细致能谱结构, 对实验谱进行了辨认和归类, 并对实验测量谱的成分做了简单分析. 关键词： Z箍缩 细致能级 非局域热动平衡 速率方程     

氙等离子体输运性质计算

采用基于将Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法计算获得了温度范围在300—40000 K,不同压力条件下氙等离子体的黏性、热导率和电导率.热力学平衡条件下的计算结果与文献报道的实验和计算结果符合良好,验证了计算方法和结果的合理性与准确性.在此基础上,计算获得了电子温度(T e)不等于重粒子温度(T h)的热力学非平衡和化学平衡条件下氙等离子体的输运性质,并分析了输运性质随压力和热力学非平衡程度变化的原因.     

非均匀条件下磁自聚焦电子束的传输

 对填充非均匀等离子体漂移空间的非均匀电子束的运动状态进行了近似分析, 对远轴大脉动电子束进行了较精确的计算, 讨论了电子束和等离子体的分布对电子束传输的影响, 并利用计算结果解释了PASOTRON的部分实验现象。     

亚大气压六相交流电弧放电等离子体射流特性数值模拟

以临近空间高超声速飞行器和航天器再入大气环境飞行过程中其表面产生的高密度非平衡态等离子体为研究对象,基于本研究组所建立的多相交流电弧放电等离子体实验平台(MPX-2015),开展了非平衡态氩等离子体射流特性的二维数值模拟研究.在亚音速条件下二维、非平衡数值模拟所得到的计算结果与实验测量结果符合良好.超音速条件下的数值模拟结果表明,随着真空腔压强的降低,等离子体射流流速明显增大,覆盖钝体头部的等离子体鞘套的厚度先减小,而后又增加,鞘套的空间均匀性以及等离子体向钝体表面的总传热量均显著降低,而钝体头部的局部电子数密度则增大.数值模拟结果为在MPX-2015上开展超音速条件下的实验研究提供了理论指导.     

一个快速模拟热稠密非平衡等离子体的碰撞辐射模型

在实验室和天体等离子体研究中,原子/离子的激发、退激发以及电离、复合过程对等离子体的电离和能量平衡有着重要的影响.在激光等离子体作用的辐射流体模拟中,需要在线计算等离子体的平均离化度和吸收/发射系数.在现有的计算能力下,通常采用比较简单的平均原子(average atom, AA)模型进行在线计算.随着实验技术和计算能力的发展,急需发展能够在线计算的细致非平衡原子模型.本文报道了最新发展的多离化度平均离子碰撞辐射模型(multi-average ion collisional-radiative model, MAICRM).该模型用一个平均离子模拟等离子体中某一离化度所有离子的平均轨道占据数和布居,即每个平均离子的轨道占据数为该离化度所有离子的轨道占据数的平均;平均离子的布居等于该离化度离子的布居和.平均离子的轨道占据数和布居通过迭代求解速率方法得到.用该模型计算了Fe, Xe和Au非平衡等离子体的离化度分布,计算结果与细致组态和超组态模型以及实验测量符合,而计算量相对于细致组态/超组态大大降低.预期该方法能与辐射流体程序耦合,实现细致非平衡原子模型的在线计算.     

等离子体化学气相沉积的实验与理论研究

对等离子体化学气相沉积(PCVD)过程进行了实验和理论研究,实验结果表明:实验条件和等离子体参数在PCVD过程中相互关联,等离子体参数直接影响PCVD过程,在此实验结果的基础上建立了一个二元动力学模型,假设PCVD过程是由等离子体参数决定,考虑了活性粒子与反应单体的扩散与对流.计算中使用了实际测量的电子参数.理论与实验结果基本符合. 关键词：     

双温度通道电弧等离子体二维数值模拟

本文对圆形通道内双温度等离子体的传热与流动特性进行了二维数值模拟,研究中假定体系处于局域化学平衡态,但电子温度不等于重粒子温度,需分别用各自的守恒方程求解．采用数值实验的方法对电子-重粒子非弹性碰撞过程进行了研究,计算结果表明,数值模拟中对非弹性碰撞过程不同的处理方法(α的不同取值)会影响计算预测的等离子体特性．α的合适数值,需要在今后的研究工作中进一步将计算结果与实验测量结果比较来加以确定。     

纳秒激光烧蚀固体靶产生的等离子体在外加横向磁场中膨胀时的温度和密度参数演化

利用等离子体光学波段自发光成像、光学光谱和光学探针干涉等诊断手段, 观察了纳秒脉冲激光烧蚀固体靶产生的等离子体在外加横向磁场中的膨胀过程. 根据实验参数特征建立了简化的磁流体物理模型, 结合自发光强度的时间演化, 理论计算了等离子体温度和密度参数的时间演化, 理论计算结果与实验测量结果基本符合, 证实了碰撞磁扩散过程在等离子体演化中发挥了关键作用.     

应用Saha方程计算氩等离子体的Hugoniot物态方程

应用Saha模型加Debye-Huckel修正计算氩等离子体的Hugoniot物态方程,温度在10000-30000K之间,压力在0.0133-0.166GPa范围内,非理想参数Γ≈0.38.实验值和理论计算结果符合较好,说明Saha模型加Debye-Huckel修正能较好描述该热力学条件下氩等离子体的热力学行为.     

非局域热动平衡等离子体K壳层电离平衡模型

发展了针对非局域热动平衡等离子体的K壳层电离平衡模型.模型中详细计算了各原子过程参数,并通过求解速率方程的稳态解得到各电离态的布居分布.在此基础之上,研究了谱线强度比值对等离子体温度、密度的依赖关系.最后,我们根据此模型的计算结果,分析了在神光Ⅱ装置上获得的内爆靶丸掺Ar发射光谱实验数据,推断出靶丸芯区电子温度随时间的演化过程.     

液体中激光等离子体冲击波波前传播特性研究及测试

将空气中球对称冲击波衰减波前传播公式推广到非完全中心对称情况，根据对光学阴影法对激光等离子体冲击波波前测试数据的计算分析，提出液体中点源激光等离子体冲击波旋转椭球面波前传播公式.并且用声学方法对水中和酒精中的激光等离子体冲击波波前进行实验测试，结果表明测试结果与计算公式相吻合. 关键词： 激光 等离子体冲击波 旋转椭球面     

利用LARED-H后处理程序计算神光-Ⅱ黑腔辐射温度

编制了二维非平衡激光靶耦合程序LARED-H的后处理程序,利用LARED-H计算的黑腔内等离子体状态量,求解定态多群光子输运方程,算出到达激光入射口的辐射强度及等效辐射温度.计算结果与神光-Ⅱ黑腔实验测量结果进行了比较.     

电磁波在非磁化等离子体中衰减效应的实验研究

针对等离子体隐身技术在航空航天领域的良好应用前景, 开展垂直入射到具有金属衬底的非磁化等离子体中电磁波衰减特性的理论与实验研究. 利用WKB方法对电磁波衰减随等离子体参数的变化规律进行了理论分析. 利用射频电感耦合放电方式产生稳定的大面积等离子体层, 搭建了等离子体反射率弓形测试系统, 进行了电磁波在非磁化等离子体中衰减效应的实验研究. 利用微波相位法和光谱诊断法, 得到不同放电功率下的等离子体电子密度, 其范围为8.17×10⁹–7.61× 10¹⁰ cm^-3. 本实验获得的等离子体可以使2.7 GHz 和10.1 GHz电磁波分别得到一定的衰减, 且电磁波衰减的理论与实验结果符合较好. 结果表明, 提高等离子体电子密度和覆盖均匀性有利于增强等离子体对电磁波的衰减效果.     

一种计算非平衡等离子体中粒子能级布居的简化方法

获得粒子能级布居是研究非平衡等离子体辐射性质的一个重要方面.对于复杂三维等离子体,采用细致碰撞辐射模型虽然精确,但计算耗费大.本文提出了一种束缚态特征温度法,能够快速计算得到非平衡等离子体中的粒子能级布居.对非平衡氖等离子体算例的研究表明,本文方法是有效的,在等离子体非平衡程度不太高时与碰撞辐射模型符合较好.在计算效率上,本文方法比碰撞辐射模型至少提高了3000倍,可极大节约计算资源和成本,在工程计算中有重要实际意义.     

温稠密铝等离子体物态方程及其电离平衡研究

温稠密物质的物性参数在惯性约束聚变能源、Z箍缩等高能量密度物理领域的实验结果分析和物理过程数值模拟等方面有着重要的应用价值.本文应用部分电离等离子体模型,在理想自由能的基础上考虑了库仑相互作用、排斥体积作用和极化作用等非理想特性,开展了温稠密等离子体物态方程和电离平衡的研究.计算了温稠密铝等离子体的压强等物态方程数据和在密度为1.0×10^-4-3.0 g/cm^3,温度为1.0×10^4-3.0×10^4 K范围内的粒子组分.计算结果显示,铝等离子体的平均电离度在临界密度区域内随着密度的增加而突然增大.根据非理想Saha方程中有效电离能这一关键参数,分析了铝等离子体平均电离度在临界密度区域内随密度迅速增大的现象.     

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介绍了自行研制的直流非转移弧等离子体炬的结构和工作原理。运用相似理论,研究了该等离子体炬的电热特性与运行参数,比如气体流量、弧功率的关系,并将计算值与实验结果进行了比较。结果表明,计算值与实验结果吻合较好,可以利用获得的公式来对炬进行结构改进和参数优化。     

激光诱导Ni 等离子体电子温度、电子密度的时间演化特性研究

本文在350～600 nm波长范围内测定了激光烧蚀Ni等离子体中Ni原子的时间分辨发射光谱.由发射光谱线的强度和Stark展宽分别计算了等离子体电子温度和电子密度,并由实验结果讨论了激光等离子体中电子温度、电子密度的时间演化特性.     

放射性废物玻璃固化专用等离子体炬的数值模拟与实验研究

采用了数值模拟与实验结合的方法研究了用于模拟放射性固体废物玻璃固化的非转移弧型等离子体炬的电、热特性。基于包括电弧室和开放空间在内的3D 模型得到了电弧等离子体和等离子体射流的温度场。根据计算结果,电弧室内的最高温度位于第一阳极内,达到1.77×10⁴ K;弧电压的计算值高于实测值,二者之间的差异随着电流强度的增大而逐渐减小。采用该等离子体炬熔融模拟废物的实验发现,所确定的等离子体炬到炉底的距离能够满足废物熔融的要求,与计算的结果相符合。上述结果表明,数值模拟的结果可以作为等离子体炉工程设计的依据,并可以用作进一步分析等离子体炉炉膛内工艺过程的输入条件。