应用于电推进的碘工质电子回旋共振等离子体源

电子回旋共振(electron cyclotron resonance, ECR)源具有无需内电极、低气压电离、等离子体密度较高和结构紧凑等优点,适用于小功率电推进.因此,研究小功率碘工质ECR等离子体源具有重要意义.本文首先设计了一套耐腐蚀且可以均衡稳定输出碘蒸汽的储供系统;然后完成了耐碘腐蚀ECR推力器设计,利用耐腐蚀的同轴谐振腔结构将微波馈送到推力器,并将通道磁场变为会切型磁场以产生更多ECR层;最终联合点火实验成功,成为国际上首个可以用于电推进的ECR电离碘工质等离子体源.分析实验和静磁场、微波电场分布发现,小功率、低流量下的不稳定等离子体羽流闪烁由寻常波电子等离子体共振加热和非寻常波ECR加热模式之间的转化引起.高流量下电离率下降是由电子损失、壁面损失和碘工质电负性导致.并依据此原理提出了改进方案.放电后等离子体源没有明显损伤,说明具备长寿命潜力.此项工作初步证实了小功率碘工质ECR电推进方案可行.     

用STA模型计算Au等离子体的不透明度

 在局部热动平衡条件下,用STA（超组态跃迁阵）模型探索研究和计算Au等离子体在一定温度和密度下的跃迁阵的参数,并用来计算冲击压缩下等离子体的辐射不透明度。     

HL-2A装置边缘扰动特性的研究

HL-2A装置边缘等离子体的扰动特性是通过中平面往复快速扫描气动6探针组来进行研究的。它在一次放电中能测量边缘等离子体参数的时空分布及其涨落量，以及静电涨落驱动的粒子通量和热通量在径向的变化。分析了在多发弹丸注入（MPI）、多脉冲超声分予束注入（SMBI）和电子回旋加热（ECRH）条件下的边界等离子体特性，研究边缘参数的涨落和相关特性。     

爆炸聚能压缩装置的研究

 用流体网格法（Fluid in Cell）对气体在锐角几何条件下的压缩做了二维轴对称不定常流体动力学数值模拟。研究了压缩室内气体的侧向及轴向压缩规律；讨论了导出管中高温等离子体的流动特性；给出了等离子体参数的空间分布及随时间变化的定量数据；研究了结构几何尺寸及气体介质初始密度对最终参数的影响，并与文献报道的实验数据作了比较，结果基本符合。     

二级轻气炮发射过程中前冲气体的初步研究

 在二级轻气炮发射过程中,靶室内的残存气体和绕行到弹丸前方的推进气体都有可能对实验结果造成影响。利用石英传感器测量并得到了二级轻气炮高速弹丸发射时前冲气体的压力信号,并计算得到了相应的压力。实验结果表明：二级轻气炮发射时确实存在前冲气体现象,但其压力幅值较小,约为10^-2 GPa量级,不会对高压物理实验的结果造成明显的影响。     

微空心阴极放电推力器性能研究

微空心阴极放电推力器是一种新颖的电热式微推力器,利用纳卫星提供的1~10 W的功率可提高微推进装置的性能。为了预示该推力器的性能,结合实验中测量的气体温度值和火箭发动机原理,初步计算得出微放电推力器的推力范围为几十至上千μN,以氩气为工质比冲量级为600~1 000 N.s/kg,以氦气为工质比冲量级为3 000 N.s/kg。研究结果表明,微空心阴极放电较小的尺寸结构与强烈并可控的气体加热相结合,可以开发应用在电热式微放电推进中,作为微小卫星,尤其是纳卫星和皮卫星的动力系统。     

电磁轨道炮性能的数值模拟

 本文介绍一种简单的数值计算模拟，它可以模拟轨道炮的主要性能。模型中考虑了由于炮膛壁烧蚀引起的电枢等离子体质量的增加和各种阻力的影响。这些阻力包括弹丸与壁之间的摩擦力，等离子体粘性及空气阻力等。用一个经验关系表征它们的影响。我们把等离子体等效成一个可变电阻负载，而不管它与电离度有关性质的细节。数值计算结果与实验结果比较表明符合程度是满意的。     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之五)

 五、如何达到点火温度核聚变研究的重要目标之一是设法把等离子体的温度提高到10keV以上.这是实现聚变点火必不可少的基本条件之一.主要的加热手段包括欧姆加热,高能中性粒子束注入加热,大功率射频波加热,绝热压缩加热和α粒子加热等.1.欧姆加热的原理及其局限性众所周知,等离子体是良导体,但具有一定的电阻,一旦有电流通过,因电阻效应而得到了加热.按照欧姆定律,其加热功率密度表示为:P=ηj²,式中η是等离子体电阻率,可表示为η=2.8×10^-8/T（?）（欧姆米）,其中电子温度T_?以keV为单位.这个简单表达式是假定采用氢等离子体、其密度为10²⁰m^-3情况下代入著名的斯必泽公式得到的.从上式中可知,随着等离子体电子温度的不断升高,其电阻率急剧下降,由此引起欧姆加热的功率密度急剧下降.这说明欧姆加热这种方式有局限性.我们知道,所有托卡马克的等离子体最初都由环向的等离子体电流提供欧姆加热.但经过计算表明,仅依靠欧姆加热,其电子温度至多加热到1.5keV左右.为使等离子体达到10keV以上的聚变点火温度,必须在欧姆加热的基础上采用等离子体辅助加热.目前获得成功并受到广泛重视的辅助加热手段有高能中性粒子束注入法和射频波共振吸收法.     

通过H_α／D_α及杂质辐射研究HL－1等离子体特性

利用石英光纤光导、ＷＤＳ－３单色仪和光电倍增管等构成的８道光电系统，通过观察Ｈ_α／Ｄ_α及杂质的辐射，研究了在低混杂波电流驱动（ＬＨＣＤ）、电子回旋共振加热（ＥＣＲＨ）、氩弹丸注入、孔栏加偏压及补送氦气等不同放电条件下的ＨＬ－１托卡马克等离子体的特性，并得到了较好的结果。     

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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。     

超高速碰撞2024-T4铝靶产生的等离子体对逻辑芯片的干扰

 为了掌握超高速碰撞产生等离子体对航天器上常用典型逻辑芯片产生的干扰,利用自主设计的朗缪尔三探针诊断系统,进行了弹丸（入射速度为6.10 km/s,入射角度为30°）超高速碰撞2024-T4铝产生等离子体的特征参量诊断,测量了给定位置和方位角处等离子体的电子密度,利用数据采集系统对实验给定位置和方位角处逻辑芯片的干扰情况进行了评价。实验结果表明,超高速碰撞产生的等离子体对航天器上常用的逻辑芯片将产生严重干扰。     

热可压缩流体的流动和传热

本文把由温度引起密度变化的运动流体称为热可压流，并由无因次加热数来度量其压缩程度。它有别于气体动力学中以马赫数度量压缩性的由速度（因而压力）变化导致密度变化的可压缩流。列举和讨论了热可压流流动和传热的一些特征现象，它可望用于发展一些新的热控制技术。     

毛细管等离子体射流技术研究现状及应用前景

 毛细管放电等离子体是近年来发展起来的一种新型脉冲高能粒子源，可以产生高温、高密和高速等离子体射流，具有推进、发射、加速等功能，可以加热或引燃化学工质，具有广泛的应用前景。介绍了毛细管等离子体的基本原理和特点，综述了国内外研究现状，对毛细管等离子体应用前景进行了展望，以期引起我国对这一技术研究的重视，促进毛细管等离子体技术的发展。     

HL－1装置等离子体辐射损失实验研究

本文叙述了在器壁碳化、抽气孔栏、偏压电极、送杂质气体、ＥＣＲＨ加热和弹丸注入等实验条件下用多道辐射热探测器（Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ）阵列测得的ＨＬ－１等离子体辐射损失，并给出了辐射损失的时空分布图。     

端部周期加热下管内气温奇异分布的实验研究

设计搭建了端部周期加热时管内气体热声对流的实验平台,对端部周期加热引起的气体热声对流作用下管内气体的温度分布进行了实验研究。该实验以氩气为工质,利用三极管控制加热电路实现周期性加热;测量了不同加热频率下管内的气体温度,并与常热流加热时的温度分布进行对比,结果表明端部周期加热时管内气体的温度分布与同功率下常热流加热时存在明显的差异,并且在某些测点出现了温度的奇异分布。本实验验证了超温现象的存在,为管内气体热声对流现象的进一步研究奠定了基础。     

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HL-2A和HL-1M装置采用了激光吹气注入高Z杂质来缓减大破裂中的等离子体电流衰竭,并给出了初步实验结果。在HL-2A装置上建立了利用MHD扰动的参量预报放电破裂先兆的报警系统,研制了MHD实时检测与处理系统,实现了放电破裂先兆的预报、快速触发激光吹气、形成阻性高辐射等离子体、消耗热能和磁能,缓减大破裂。实验证明,这是一种使得大型聚变实验装置在放电破裂之前显著减少等离子体中热能和磁能,而且能安全终止放电的简单、快速和有效的途径。     

快点火与超强激光等离子体相互作用问题

“快点火”是近年来提出的激光聚变点火的一种新方式。它的特点是靶丸的压缩和点火分开进行：第一步由通常的多束激光对称辐照靶丸获得高密度;而后由单束超强激光（Iλ≈10^18-20Wum^2/cm^2)加热芯部实现点火。第传统的“热斑点火）比较,快点火在压缩方面具有很多优越性：大量节省驱动能量,降低了对驱动均匀性的要求,并且可以达到更高的能量增益。但是超强激光点火却涉及一些非常复杂的问题：在预压缩形成的等郭体中打洞（hole boring);在高密度燃料的边沿产生足够数量的高能量电子（MeV）,这些电子的传输加热等。文章简短地讨论了这些问题,并研究了几十kJ激光能量实现点火的可能性。     

等离子体激励器在航空航天工程中的应用前景

文章基于等离子体的Joule加热、静电力、Hall效应以及Lorentz加速度等固有特性,对等离子体在航空航天领域（不包括电推进和飞行器再入热防护方面）中的应用进行总结及评估.等离子体激励器在亚声速流到高超声速流的整个空气动力学领域及稀薄流领域,得到了广泛的应用.真正引人瞩目的是,与所控制的流场相比,应用中所加入的电磁力或能量仅仅与其扰动水平相当.因此,有效的流动控制往往就限制在像流动分离、流体动力学不稳定性、动态失速和涡破碎等动力学分岔问题中.有效的控制应用通常是利用有黏-无黏流相互作用的放大效应、外部磁场或微波能量的加入等来增强其控制效果.最后文章根据这些评估,对未来学科前沿提出了几点基础创新研究方向的建议.      

等容预压缩等离子体中的快点火热斑形成与燃烧波传播

研究热斑点火物理过程对于实现聚变点火和高增益聚变放能具有重要意义,但是,迄今为止的大部分相关研究都是针对等压构型预压缩等离子体进行的,对等容构型预压缩等离子体中的热斑点火过程研究尚不充分.本文针对双锥对撞点火方案产生的等容预压缩高密度等离子体,建立了描述热斑边界演化和核聚变燃烧的半解析模型.该模型表明,在等容预压缩高密度等离子体中的热斑边界,可以用对热斑产生的α粒子具有强烈吸收作用的激波波峰的位置来定义,且等容预压缩等离子体中的热斑点火过程也存在α粒子射程主导的自调节现象.通过考虑α粒子的空间不均匀沉积效应,可以利用该模型描述等容预压缩等离子体中热斑内部的温度和密度演化.使用该模型分析热斑在点火初期时刻的劳森参数和平均热斑温度发现,在快电子总能量相同情况下,能量较低的快电子束更有利于实现点火.辐射流体模拟程序O-SUKI-N的验证计算表明,本文提出的半解析模型的计算结果具有较强的合理性.     

柱等离子体中广义磁流体方程组的简化形式与本征模解

本文从含有广义欧姆定律的磁流体力学方程组出发,仅作符合加热托卡马克等离子体具体实验条件的近似,把广义磁流体方程组简化成4元一阶微分方程组。对均匀密度等离子体柱情况求出解析色散关系(本征模解),并证明Appert理论是本文的极限情况。 关键词：