双等离子体团相互作用的磁流体力学模拟

利用商用磁流体力学模拟程序USIM对双等离子体团相互作用过程进行了数值模拟,分别考察和比较了双对流等离子体团在外加磁场和无外加磁场情况下,相互作用的物理过程.发现在外加磁场情况下等离子体团相互作用会伴随着磁重联(反向磁场)、磁排斥(同向磁场)以及一些不稳定过程.针对激光产生等离子体团错位相互作用实验,进行了标度模拟,发现外加磁场起着重要作用,进一步表明激光等离子体的磁化特征.研究结果为下一步在神光Ⅱ激光装置进行强磁环境下等离子体实验提供理论指导.     

场反向等离子体排除磁通量的测量

场反向位形是紧凑环位形中比较好的一种磁约束位形。等离子体完全由极向磁场约束(没有环向场)。实验证明,场反向位形可以长时间稳定地约束等离子体。它具有环形系统的约束特点,又具有开端系统的简单性。目前已成为研究磁约束等离子体的重要课题之一。 在场反向位形实验中,一个简单而重要的诊断工具就是用差分磁环探针,用以测量场反向位形等离子体所排除的磁通量。等离子体的一般行为可以通过测量排除磁通量数据得到。     

磁场对激光驱动Rayleigh-Taylor不稳定性影响的数值研究

Rayleigh-Taylor不稳定性(RTI)作为流体和等离子体中基础的物理现象,在天体物理、空间物理以及工程领域扮演着重要角色.尤其在惯性约束核聚变(ICF)研究中, RTI等宏观流体不稳定性是不可回避的物理问题.本文利用开源的辐射磁流体模拟程序FLASH对激光驱动调制靶产生的RTI进行了二维的数值模拟,系统地考察和比较了RTI在无磁场、Biermann自生磁场、不同外加磁场情况下的演化.模拟结果表明, Biermann自生磁场和平行流向的外加磁场在RTI演化过程中基本不会改变RTI的界面动力学,而垂直流向的外加磁场对RTI以及RTI尖钉尾部的Kelvin-Helmholtz涡旋有致稳作用,其中磁压力起主导作用.研究结果为后续开展和ICF相关的靶物理研究提供借鉴,也有助于加深对流体混合过程的理解.     

背景气体对激光等离子体和外磁场界面上槽纹不稳定性的影响

等离子体在外磁场中膨胀产生的抗磁腔和不稳定性是空间物理和聚变物理中的重要现象.本文实验研究了激光产生的等离子体在外磁场中膨胀时在抗磁腔表面产生的槽纹不稳定性,数据分析显示实验中观察到的不稳定性属于大拉莫尔半径槽纹不稳定性.实验发现充入稀薄背景气体能够显著抑制槽纹不稳定性的发展,背景气体气压超过50 Pa时(约为抗磁腔表面等离子体密度的1%),槽纹不稳定性几乎被完全抑制.动理学分析表明离子-离子碰撞是抑制不稳定性发展的主要因素.这些结果对磁场辅助激光聚变和爆炸空间物理现象等领域有重要参考价值.     

激光等离子体在螺线管发散磁场中的特性研究

激光烧蚀等离子体(LAP)可用作粒子加速器和离子注入器中使用的离子源。相较于其它离子源,激光离子源在流强上具有优势,但由于产生的离子束脉冲时间短,限制了其在加速器中的广泛应用。实验中通过对激光等离子体扩散区域引入螺线管磁场进行约束,实现了对激光等离子体脉冲时间结构的调制。为了研究螺线管磁场对LAP的影响,实验使用了不同的激光能量(1~8 J)来生产具有不同初始条件的激光等离子体,并应用了不同的磁场强度来约束激光等离子体。在螺线管边缘场,通过可移动的法拉第筒(FC)对激光等离子体的横向分布进行测量。对于不同初始状态的等离子体,随着磁场的增加,其离子脉冲的主要参数(脉冲总电荷量、峰值流强、脉宽)均呈现先上升后逐渐饱和的变化趋势。另外,在没有磁场的条件下,在所测量位置处,等离子体的横向呈均匀分布;而在磁场约束的条件下,等离子体明显向轴线聚集。以上实验结果对进一步了解磁约束激光等离子体的特性具有重要意义。     

等离子体中的混沌现象

混沌现象是出现在确定论系统中的一种随机行为,近年来引起人们极大的关注.这种非周期性的、不规则的运动并非是由于存在无规的驱动力,而是起源于系统的内在的非线性效应.混饨运动在相空间中的轨道趋向于奇异吸引于,这是一种分维(即维数不是整数)的结构.一个重要性质是:互相邻近的轨道随时间按指数规律迅速分离.混饨现象在很多领域中起重要作用.在等离子体物理中,它与粒子的加热和约束等问题有密切关系.下面介绍近年来在等离子体物理中混沌动力学研究所取得的两项突出的进展.1.磁场的起源 在广漠的宇宙中到处弥漫着磁场,它普遍存在于各种不同…     

磁空混合约束激光诱导Cu等离子体光谱特性

本文基于发射光谱法对磁空混合约束铜等离子体光谱特性进行了研究,分析了磁空混合约束条件下铜等离子体光谱强度演化过程以及等离子体光谱轴向和横向分布.实验结果表明,在磁空混合约束和空间约束条件下等离子体光谱均出现增强,对原子光谱Cu I 521.8 nm的最大增强因子分别为2和1.2,磁空混合作用等离子体离子光谱增强效果大于纯空间约束情形.在磁空混合约束作用下,光谱增强在小延时来源于磁场约束产生,而大延时为空间约束产生.结合光学阴影成像法,分析了Cu I 521.8 nm谱线强度的轴向和横向空间强度分布,由于空间约束作用的冲击波反射压缩,使等离子体羽横向膨胀方向存在约束,使等离子体内原子数密度最大空间位置前移,造成了磁空混合约束下Cu I 521.8 nm谱线强度的轴向最大空间位置远离铜表面.     

BaNi_(0.1)Fe_(1.9)As_2单晶的钉扎机制及涡旋相图

本文中,我们通过磁-电阻测量研究了T_c=19.4K的BaNi_(0.1)Fe_(1.9)As_2单晶中的涡旋玻璃-涡旋液体相变.根据修正过的涡旋玻璃理论,并通过选择合适的临界指数s和H_0,我们对所有的ρ(H,T)电阻曲线进行了标度,并得到了很好的结果.基于涡旋玻璃温度T_g,涡旋维度转变温度T~*和上临界磁场H_(c2),我们得到了H⊥c和H//c两个磁场方向的涡旋相图.结果表明,磁场低于和高于5T,钉扎机制由单涡旋钉扎和集体蠕动共存转变为集体蠕动.     

BaNi_(0.1)Fe_(1.9)As_2单晶的钉扎机制及涡旋相图北大核心CSCD

本文中,我们通过磁-电阻测量研究了T_c=19.4K的BaNi_(0.1)Fe_(1.9)As_2单晶中的涡旋玻璃-涡旋液体相变.根据修正过的涡旋玻璃理论,并通过选择合适的临界指数s和H_0,我们对所有的ρ(H,T)电阻曲线进行了标度,并得到了很好的结果.基于涡旋玻璃温度T_g,涡旋维度转变温度T~*和上临界磁场H_(c2),我们得到了H⊥c和H//c两个磁场方向的涡旋相图.结果表明,磁场低于和高于5T,钉扎机制由单涡旋钉扎和集体蠕动共存转变为集体蠕动.     

星际磁场的演化

一、宇宙中的磁场与星际磁场 几千年前,我们的祖先就认识到了地磁场的存在,并且发明了指南针.随着磁场测量的原理和手段的不断进展,人们对于宇宙中磁场的认识越来越深了.现在知道,宇宙中几乎到处都存在着磁场.一些高能天体中的磁场强度,比实验室里可能得到的最强的场还要强百万倍;而另一方面,又可以在极大的尺度上充满着较弱的磁场.因此,研究宇宙中磁场的演化,研究磁场与其他物质的相互作用的规律,就必然是天体物理学的一个重要课题.这些研究也必然会促进我们地面的科学试验.某些天体物理问题的研究对等离子体物理学和磁流体力学的理论和应…     

介绍一道电磁感应的练习题

电磁学中关于涡旋电场的练习题不多较典型的习题可见哈里德、瑞斯尼克《物理学》二卷一分册(287页)的一题. 磁感应强度为B的均匀磁场,充满在半径为R的圆柱形体积内(见图1).有一金属棒l,放在磁场中,设B以速度变化,求证由变化的磁场所产生的并作用在棒的两端的电动势由 教学中选用该题的目的在于让学生掌握:(1)由于对称性以及高斯定理对涡旋电场仍有效,E旋·sd=0本例中局限于圆柱体内的变化磁场所激发的涡旋电场的电力线,是在与轴线垂直的平面内,是一些与圆柱体同心的圆周.方向可由楞次定律来确定.并且,同一圆周上各点涡旋电场的大小均相等.…     

磁约束问题中守恒量的讨论

用高斯定理、涡旋电场做功、动量定理3种方法推导了磁约束问题中满足的守恒量——磁矩守恒,3种推导方案都要求磁场随空间变化缓慢,故磁约束中的磁矩守恒是一个近似守恒量.     

高温超导磁约束等离子体推进器杜瓦系统的应力和应变分析

高温超导磁约束等离子体推进器利用磁场的作用,将高温等离子体的能量转化为推进器的推力,对于杜瓦系统的结构有着较高的要求.文中主要介绍了杜瓦系统的基本结构,并利用ANSYS软件分析了杜瓦系统的应力和应变,说明了高温超导磁约束等离子体推进器杜瓦系统的设计满足应力及应变要求.     

磁场对激光驱动的喷流演化影响的二维数值研究

喷流的触发机制、准直传输和稳定性一直是天体物理学的研究热点.近年通过观测和实验室研究发现磁场在喷流准直传输和加速中起着关键作用.本文利用开源的辐射磁流体模拟程序FLASH对强激光驱动聚苯乙烯(CH)平面靶产生的靶前喷流进行了二维的数值模拟,系统地考察和比较了Biermann自生磁场以及不同方向、不同初始强度的外加磁场对喷流演化的动力学.模拟结果表明Biermann自生磁场不会影响喷流的界面动力学,而外加磁场对等离子体出流具有重定向作用,平行于靶前等离子体出流中心流向的外加磁场有助于喷流的产生和准直传输.其形成和演化过程是等离子体热压、磁压以及冲压三者相互竞争的结果.在受力方面,在喷流演化过程中等离子体热压梯度力和磁压力起决定性作用.研究结果为后续开展和喷流相关的实验研究提供借鉴,也有助于加深对天体喷流演化的理解.     

低维螺旋磁体纳米条带中磁场驱动的磁结构演变规律

利用蒙特卡洛方法研究了低维螺旋磁体纳米条带中磁场驱动的磁结构演变规律,以及偶极相互作用对螺旋磁体纳米条带中磁结构的影响.研究表明,螺旋磁体纳米条带中的自旋结构由自旋的面内取向平行或垂直于边界的边缘态和中间聚集态两部分构成.在一定范围内增加外磁场,条带边缘平行于边界的自旋排列将增多,最终将在条带外围形成大的磁涡旋环,该涡旋环十分稳定,即使在很强的外磁场下仍然存在.处于条带中间的聚集态随着外磁场的增大,从磁螺旋态逐步过渡到Skyrmions态,最终形成铁磁态.Skyrmions的排列状况与条带尺寸密切相关.此外,偶极相互作用对磁矩平行于边界且首尾顺次连接的排列起积极作用,在无外磁场作用下,随着偶极相互作用的增大,体系终将形成涡旋态.     

切边纳米铁磁盘对中磁涡旋旋性的磁场调控

铁磁纳米盘中的磁涡旋态因稳定性高,并且其面内磁化的旋转方向具有天然的二向性(顺时针(CW)和逆时针(CCW)),可以作为信息存储的一个比特单元而成为最近研究的热点.基于磁涡旋旋性的信息存储要求人们能够独立地控制磁涡旋的旋转方向.从旋性的角度考虑,在一对纳米盘中可能出现四种磁涡旋基态,即(CCW, CCW),(CCW, CW),(CW, CCW)和(CW, CW).本文通过引入厚度不同且切边的纳米磁盘对,并对其施加面内磁场来实现对四种涡旋基态的独立控制,并通过微磁学模拟证明了这种方法的可行性.     

受控核聚变研究进展

受控核聚变研究的宗旨是为人类探索理想的新能源.这是当代举世瞩目的重大科研项目之一.许多国家都投入了相当大的人力和物力.本文简要地评述该领域内近年来的重要进展. 一、磁约束系统的研究进展 磁约束系统采用具有特殊位形的磁场将高温等离子体约束在一定区域内.具体的实验装     

柱面内爆磁通量压缩实验中的磁扩散过程

利用一维磁流体力学程序MC11D,对套筒材料为不锈钢的柱面内爆磁通量压缩实验进行了数值模拟,研究了其中的磁扩散过程。计算结果表明:当套筒空腔中的磁场被压缩到350 T左右时,峭面磁扩散波开始形成,磁扩散波的波前从套筒内壁开始以0.75 km/s的平均速度向外快速推进,给磁场的压缩带来了不利影响;随着套筒内壁温度迅速升高,内壁附近会形成一个电阻率仅有0.3 mcm左右的等离子体保护层,又极大地减缓了空腔磁场向套筒中扩散的速度。在磁压缩过程中,峭面磁扩散波和等离子体层对于空腔磁场的扩散起着相反的作用,两者在发展的过程中相互竞争,在不同的阶段分别起着主导作用。     

磁场调控型离子源的设计与实验

磁场调控型离子源在离子源等离子体扩散空间中引入轴向强脉冲磁场,磁场起两方面的作用,一是形成潘宁放电效应,使原子、气体分子碰撞电离效率增加;二是在脉冲强磁场的作用下,强轴向磁场将质量较轻的离子约束在轴线上,对质量较重的金属离子约束能力较弱,导致其在等离子体膨胀引出通道中碰壁损失,能够提升引出轻离子的比例。开展了磁场调控的离子源放电结构、强脉冲螺线管磁场以及引出束流光学结构的设计;测量分析了引出离子流强和离子打靶束斑形貌。研究结果表明,强轴向磁场通过等离子体对混合离子成分的筛选作用,可有效提高引出离子流强中的轻离子成分比例。     

中子星中简并电子气体的临界磁化

中子星内部的电子处于高度简并或完全简并的状态,电子磁矩(包括内禀磁矩和朗道反磁矩)的取向不是随机的,而是呈现出极强的磁化行为.考虑了磁化后的磁诱导方程要改写,改写后的方程添加了新的磁场生成项,更重要的改变是等效磁扩散系数变小了(顺磁情况),在临界情况(等效扩散系数等于零),磁场在磁生成项的作用下增加直到抑制机理出现,朗道反磁矩就是在这个时候变得越来越重要.磁场增加的最终结果使中子星局域磁场成为振荡的,对外看来有可能成为磁星. 关键词： 中子星 简并 磁化