脉冲等离子体辐射微波机理的初步研究

在分析了等离子体辐射微波的电流波形和喇叭天线接收到的微波信号波形的基础上,对脉冲等离子体辐射微波的机理进行了理论分析：阴阳极间存在TEM和TM两种模式的波;流经等离子体的电流产生的磁场使等离子体中的波成为慢波;高频场的激励因素有两个,一是作加速运动的电子,二是阳极斑点溅射时阳极电位突降;同一时刻具有不同速度的电子将能量转换给相应相速的波是其产生超宽带辐射的原因。     

等离子体微波辐射简介和研究进展

近年来,等离子体微波辐射作为新兴高功率微波源,因其具有频带宽、相干和可调谐等优点,因而受到国际上的广泛关注.本文着重介绍了几种典型的等离子体微波辐射理论和实验研究现状,包括电子束与等离子体互作用、等离子体局部扰动、三波互作用等.     

束—等离子体互作用产生的高功率微波辐射

相对论性电子束-等离子体装置是一种具有很大潜力的新型高功率微波源。本文对电子束密度与等离子体密度之比n_b/n_p≈0.01时,束-等离子体相互作用产生频率为ω_p的微波辐射过程进行了研究。利用线性和非线性(扎哈罗夫)色散关系,对存在的主要不稳定性进行了分析。着重推导了不稳定静电波转变为电磁波的参量衰变色散关系,由此得到了束-等离子体系统的辐射率。最后,对能量由电子束动能转移到等离子体波,再转变为电磁辐射和加热等离子体的过程建立了数理模型。     

纳秒脉冲激光诱导空气等离子体的近红外辐射特性

开展纳秒激光诱导空气等离子体近红外辐射特性的实验研究,对波长为532 nm的脉冲ns激光诱导产生的空气等离子体的近红外光谱进行测量.结果表明:空气等离子体的近红外辐射在光谱范围为1100-2400 nm内由连续谱和线状谱组成,光谱指认表明线谱主要来源于N,O原子的中性原子谱和氮分子的振动光谱.通过对连续谱的分析得知,黑体辐射是连续辐射的主要来源.空气中波长1128 nm附近的辐射,可能是N和O中性原子谱的贡献.保持真空腔内气压不变,改变腔内氮气和氧气气体组分含量,分析测得的红外光谱数据,可知混合气体中氧气和氮气含量变化只对波长为1128 nm附近的辐射有影响.利用二元线性回归分析对数据进行分析后得知,氧气对波长为1128 nm附近的辐射贡献较大.最后从电离难易的角度分析造成这一结果的原因.     

瞬变等离子体微波诊断初步研究

采用微波诊断技术对气压300 Pa,S波段HPM条件下形成的低温、弱电离、非均匀和强碰撞大气等离子体特性参数开展了初步诊断研究。获取了9~15 GHz连续波穿过HPM等离子体区域的透射波形,并对波形进行了归一化处理;通过不同频率微波的透射特性,假设等离子体电子数密度分布呈Epstein分布,分析了可能的电子数密度最大值。该研究成果的获取为HPM大气等离子体在隐身、阻断信息链等方面的应用提供了重要的技术支撑。     

大口径天线短脉冲微波辐射特性

为了开展大口径天线短脉冲微波辐射特性研究,建立了一套大口径天线微波短脉冲特性测试系统。该系统可产生快上升沿、脉冲可调(脉宽最短可到0.5 ns)的微波激励脉冲、接收动态范围大于52 dB。利用该测试系统进行实验,获得了不同微波激励脉冲宽度条件下,天线方向图和辐射场波形脉冲宽度变化曲线。测试结果表明：在天线远场距离处,改变微波激励脉冲宽度,对天线主轴辐射场波形基本无影响;而在偏离主轴处,辐射场波形会出现不同程度的脉冲展宽及幅值减小等波形畸变现象,偏离主轴角度越大,微波激励脉冲宽度越小,畸变越明显。     

大口径天线短脉冲微波辐射特性

为了开展大口径天线短脉冲微波辐射特性研究,建立了一套大口径天线微波短脉冲特性测试系统。该系统可产生快上升沿、脉冲可调(脉宽最短可到0.5 ns)的微波激励脉冲、接收动态范围大于52 dB。利用该测试系统进行实验,获得了不同微波激励脉冲宽度条件下,天线方向图和辐射场波形脉冲宽度变化曲线。测试结果表明:在天线远场距离处,改变微波激励脉冲宽度,对天线主轴辐射场波形基本无影响;而在偏离主轴处,辐射场波形会出现不同程度的脉冲展宽及幅值减小等波形畸变现象,偏离主轴角度越大,微波激励脉冲宽度越小,畸变越明显。     

D. CCD视频技术、等离子体诊断和脉冲辐射摄影

本文对CCD摄象技术、等离子体诊断和脉冲辐射摄影的国内外最新发展作了评述,并涉及到在高技术领域的应用。     

激光等离子体特征参量和辐射耦合效应研究

采用一维单流体双温度辐射流体力学模型，在激光产生的等离子体做等温膨胀的假定下，研究了脉冲强激光辐照固态靶材时，计及再辐射后汽化等离子体特征参量与靶材物质和激光参数之间的定标关系，计算了等离子体再辐射对激光－靶材耦合效应的影响。     

真空二极管辐射微波的机理分析

在研究真空开关的过程中,发现真空二极管能辐射出宽带微波.这种器件只由带触发装置的阴极和平板阳极组成,不存在金属波纹慢波结构,所以真空二极管的辐射机理与等离子体填充微波器件不同,不能直接套用等离子体填充微波器件的相关理论.本文描述了真空二极管产生辐射的物理过程,建立了真空二极管辐射的数学模型,通过求解波动方程得到产生辐射的色散关系,并绘制出了色散曲线.将理论分析得到的色散曲线与已经测得的微波辐射进行比较,两者能很好地符合.理论分析和实验结果表明,电子束和磁化等离子体的相互作用是真空二极管产生微波辐射的原因.     

激光烧蚀金属Al诱导发光的动力学研究

利用时间分辨的光谱测量技术,测定了XeCl紫外激光在不同条件下烧蚀金属Al诱导产生光谱线及其强度随时间的分布.结果表明：等离子体辐射光谱线由原子光谱线、一价离子光谱线及连续辐射背景光组成.Al原子光谱线的辐射强度与持续时间为最大,一价离子光谱线次之,以连续辐射背景光为最小.对激光烧蚀金属诱导发光的机理进行了探讨.等离子体中连续辐射背景光来自高能电子的韧致辐射和电子与离子的复合,原子光谱线和一价离子光谱线主要来自等离子体中电子与离子的复合.用此机理定性地解释了所观察到的实验现象. 关键词： 激光烧蚀 时间分辨光谱 辐射机理 金属Al     

微型计算机微波辐照效应的实验研究

 微波辐照频率为1.2~2.0 GHz时,利用宽带天线对微型计算机主板进行微波辐照,考察了微波辐照载波频率、调制方式和调制深度对微波辐照效应的影响,得到了计算机分别处于满负荷工作、内存读写操作、磁盘读写操作和系统空闲4种工作状态下的微波辐照干扰功率阈值。实验结果表明：微波辐照的载波频率为1.47 GHz时,辐照干扰功率阈值最低,为32.7 dBm,计算机最易被干扰;瞬时功率是干扰微型计算机的关键参数,调制方式、调制频率和深度对微波辐照干扰功率阈值影响不大;处于高负荷工作状态的微型计算机更易于被微波辐射干扰;计算机启动的干扰功率阈值为32.0 dBm,小于正常工作状态时的阈值。     

微波电子回旋共振等离子体阴极电子束的实验研究

介绍了实验室研制的微波电子回旋共振(ECR)等离子体阴极电子束系统及初步研究结果，该系统包括微波ECR 等离子体源、电子束引出极、聚焦线圈等。通过测量水冷靶电流和靶上的束斑尺寸，实验研究了微波ECR 等离子体阴极电子束的流强、聚束性能等随电子束系统工作条件的变化。结果表明：微波输入功率越高、引出电压越高，引出电子束流强越大；工作气压对电子束流强的影响较复杂，随气压增加呈现出先降低后升高的特点；在7×10⁻⁴Pa 的极低气压下电子束流强可达75mA，引出电压9kV；能量利用率可达0.6；调整聚焦线圈的驱动电流，电子束的束斑直径从20mm 减小到13mm，电子束流强未有明显变化。     

铝丝阵Z箍缩辐射产生机理初步研究

利用一维非平衡辐射磁流体力学程序研究了铝丝阵内爆过程中的能量转化规律和辐射产生机理.细致讨论了Z箍缩过程中脉冲功率驱动器电磁能馈入等离子体,等离子体动能转化为内能以及通过一系列原子过程电子内能转化为X射线辐射的能量转化机理.结合离子布居信息深入分析了Z箍缩过程中的辐射产生机理.结果表明,在内爆压缩阶段,电离和激发过程占优,线辐射占据总辐射的绝大部分.在滞止时,离子大都处于裸核离化度,连续谱辐射达到峰值.在滞止附近,线辐射出现两个峰值.在膨胀过程中,光电复合过程优于三体复合,线辐射占总辐射的份额逐渐下降.     

L波段微波脉冲对微型计算机的辐照效应实验

 在L波段使用1.3 GHz载波频率的微波脉冲辐照微型计算机主板,通过改变脉冲宽度、重复频率和脉冲串长度等参数,实验研究了微波脉冲辐照导致微型计算机失去响应的功率阈值的变化规律,讨论了L波段微波脉冲辐射的积累效应。实验结果表明：当微波脉冲宽度增加时,微波功率阈值下降;当微波脉冲重复频率升高时,微波功率阈值呈下降趋势;在固定重复频率的条件下,微波脉冲数目的增加也会导致微波功率阈值的下降;微波脉冲功率阈值始终小于连续波微波的功率阈值。当微波脉冲间隔时间较长或者脉冲宽度较宽时,微波功率阈值由单个微波脉冲的参数确定,与脉冲重复频率没有明显关系。利用假设的微波脉冲辐射积累效应,可以定性解释和分析微波脉冲辐照微型计算机实验中功率阈值变化的趋势。     

等离子体气动激励机理数值研究

基于介质阻挡与准直流电弧放电的物理过程, 分析了它们的气动激励机理, 建立了各自的气动激励模型, 并分别研究了它们对低速和超声速流动的激励效果. 结果显示: 介质挡板放电等离子体气动激励机理是改变了连续流体中的三种力, 即由牛顿内摩擦引起的剪切应力、由电动力学引起的体积力及由压力突变引起的冲击力, 其中基于电动力学的体积力效应占主导地位; 临近空间环境中体积力的作用效果更强, 诱导速度更大; 超声速来流下准直流电弧放电气动激励机理主要是等离子体的热阻塞效应, 本文所建立的爆炸丝传热模型可以用于仿真其控制激波的过程; 热电弧对于超声速来流而言就像一个具有一定斜坡角度的虚拟突起, 可用于高超声速飞行器前体激波的控制.