太阳风层可作为粒子加速的天体物理实验室

在宇宙中的稀薄等离子体中,通常所见的两体库仑碰撞是不重要的。带电粒子的行为由长程电磁力引起的集体相互作用来控制.在这些等离子体中某些动力学能量被释放出来而转变为热能时,粒子的能量分布会极大地偏离麦克斯韦-玻尔兹曼分布.通过研究粒子的加速过程,我们可以详细地了解能量的转换过程及系统可能达到的极端条件. 天体物理向我们提供的最新的一个例子是发生在1987年初的超新星爆发(被命名为SN1987A).在这次超新星爆发中,人们接收到从射电到γ射线的全波段上电磁辐射的爆发,同时也观测到中微子爆.天体物理学家急切地希望直接或间接地…     

太阳磁重联的新证据

新观测为太阳系内最剧烈能量爆发现象提供了迄今最完整的图像证据太阳耀斑(solar flare)可以将太阳大气中的等离子体从百万度加热到几千万度。常随其爆发的还有日冕物质抛射(CME),可将几十亿吨的等离子抛进行星际空间。CME到达地球可扰乱地磁层,破坏电网设备,通讯系统等其他基础设施,对宇航员及在极地高空飞行的乘客造成潜在危险。     

科学家在寻找宇宙早期物质

夸克-胶子等离子体是在宇宙大爆炸后10^-5S内存在的一种宇宙早期物质形态，那时夸克不是被囚禁在中子、质子等强子中，而是可以自由运动，寻找夸克-胶子等离子体的工作就是要在现今的实验室中使加速到极高能量的粒子进行碰撞来形成早期宇宙的环境。     

等离子体科学技术应用专题系列介绍——第七讲 低温等离子体及其在材料表面改性中的应用

一、低温等离子体概述 等离子体是一种电离的气态物质,称为物质第四态,宇宙中99.9%的物质都处于等离子体态.它由带电的电子、离子和中性粒子组成.粒子之间不断碰撞发生能量交换,同类粒子之间容易通过碰撞交换能量达到热力学平衡,因而有电子温度Tc,离子温度T1气体温度Ts按照研究的不同目的,等离子体可以作不同的分类.根据温度分为高温等离子体和低温等离子体.当电子温度105-108K时,称为高温等离子体,属于热力学平衡或局部热力学平衡等离子体,如太阳上的等离子体和核聚变等离子体等.当电子温度为3×102-105K时称为低温等离子体.低温等离子体…     

γ射线暴理论中有争议的两个问题

 γ射线暴是指宇宙射线中的γ射线爆发,属宇宙线天体物理学研究的范畴.它是通过对γ射线爆发所释放出来的巨大能量的研究来认识我们目前的宇宙及天体的演化.     

HL-2A托卡马克上的边缘局域模特性初步研究

高约束模式(H模)下自发产生的边缘局域模(ELM),虽然利于控制等离子体密度和排出杂质粒子从而实现H模放电的稳态运行,但是ELM爆发携带的大量粒子和能量会对装置的第一壁材料造成很大的损坏,所以在下一代聚变装置上使用之前很多装置已经开始了对ELM的研究.在HL-2A装置上观察到了不同的ELM,扰动幅度小的ELM引起的等离子体储能损失小于3%,ELM之间的时间间隔约为3 ms,表现出Ⅲ型ELM的特征;扰动幅度较大的ELM的爆发对等离子体电流、等离子体密度及储能都有很明显的扰动,对等离子体储能的扰动大于10%,ELM爆发的频率随通过等离子体磁分界面的净加热功率的增加而增加,表现出明显的Ⅰ型ELM的特征.ELM先兆有不对称性,在弱场侧磁探针信号能观测到,但强场侧却观测不到;ELM先兆的频率约为45 kHz,观测到的最长的先兆先于ELM前约10ms出现.     

激光脉冲能量对激光诱导铝合金等离子体物理特性的影响

为研究激光脉冲能量对激光诱导等离子体辐射特性和膨胀过程的影响,采用ICCD相机对不同激光脉冲能量激发的铝合金等离子体进行快速成像,并利用Boltzmann斜线法和Stark展宽法分析等离子体的电子温度和电子数密度随激光脉冲能量的演化规律.实验结果表明,激光诱导等离子体呈现明显的分层结构,等离子体的激发阈值约为3mJ,等离子体不同区域的面积随激光脉冲能量变化呈现不同的特征.当激光脉冲能量低于10mJ时,等离子体的分层结构不显著.激光脉冲能量从10mJ增加到100mJ过程中,等离子体电子温度从4 980K升高到7 221K,等离子体的电子数密度在1017 cm-3量级并随激光能量增加而增大且趋于饱和.     

太阳大耀斑期间甚高能粒子流强增加的一种机制

近年来,在太阳大耀班期间,由地面中子记录装置及地下不同深度μ子记录器记录到宇宙线粒子的短期增长(GLE)现象,其能量范围已达几百GeV,甚至可达TeV能区.本文讨论了TeV能区的增长现象可能是银河宇宙线部分粒子获得再加速,由于宇宙线粒子能谱很陡,几百GeV的再加速能量能使TeV以上能区宇宙线流强有明显增长.     

激光脉冲对内层等离子体辐射源的影响

本文的基本思想是设计双层金铝薄膜靶以检测激光脉冲宽度与等离子体消融深度的关系,找出有效的等离子体加热方法以产生更强更亮的等离子体辐射源.由于有预脉冲激光的存在,表层金薄膜首先被消融,由主脉冲携带的大能量就能较易穿过表层金等离子体将能量聚焦在内层铝靶上,由此产生内层高温等离子体.又由于外层低温等离子体存在,其将有效的阻碍内高温等离子体因膨胀而引起的能量损失.对无预脉冲而言,直接入射激光能量都沉积在靶表层形成表层高温等离子体.但是激光直接入射而产生的等离子体辐射总强度只比由预脉冲情况下产生的金等离子体辐射强度增加15%.而预脉冲能量只占激光总能量的2%.实验结果显示Al光谱线主要来自类氢,类氦离子跃迁.Au等离子体光谱线主要来自它的N带,O带和P带谱.我们也观察到一个明显的软X射线短波发射极限.所有结果显示由于预脉冲的存在将对靶各层等离子体辐射产生极大的影响     

等离子体密度对激光拉曼放大机理的影响

等离子体中的背向拉曼散射机理可以用来产生超短超强的激光脉冲. 本文采用粒子模拟方法模拟研究了等离子体密度对激光拉曼放大过程的影响. 研究发现, 过低的等离子体密度会导致等离子体波提前波破而降低能量转换效率; 而过高的等离子体密度又会导致其他不稳定性的快速增长, 限制作用距离和输出能量. 因此, 拉曼放大机理的最佳等离子体密度应处于等离子体波破的密度阈值附近, 可以获得最高的能量转换效率和能量输出. 另外, 空间频谱分析显示放大激光的强度饱和主要来自于自相位调制不稳定性的发展. 利用10¹³ W·cm^-2的抽运激光脉冲, 模拟证实拉曼放大机理可有效地将种子激光的强度从10¹³ W·cm^-2 放大到10¹⁷ W·cm^-2, 脉宽压缩到40 fs, 且能量转换效率达到58%.     

弱引力透镜成为精确的巡天科学

正对暗能量巡天(DES)第一年数据的分析显示:利用弱引力透镜效应限制宇宙学参数的精度可与微波背景辐射观测相媲美。基于广义相对论,科学家经过几十年的努力成功地建立了宇宙学模型,即宇宙学常数Λ非零的冷暗物质(ΛCDM)模型。该模型解释了宇宙演化的方方面面,从原初均匀的等离子体到我们如今看到的行星、恒星和星系这一不均匀宇宙。不幸的是,ΛCDM模型与粒子物理标准模型有冲突,后者无法解释ΛCDM宇宙中的两个重要成分:约     

日冕喷流触发冕环横向振荡

日冕位于太阳大气最外层,由温度高达数百万度的磁化等离子体组成.波动和振荡是日冕中普遍存在的现象,美国TRACE卫星首次在极紫外波段探测到冕环的周期性往复运动,被认为是冕环横向扭曲振荡.冕环振荡通常由附近的低日冕爆发活动(如耀斑、喷流、暗条爆发)触发.日冕等离子体参数(如磁场强度和阿尔芬速度)难以直接测量,结合太阳望远镜...     

太阳日冕物质抛射的磁流体力学性质

太阳是离地球最近的一颗恒星，太阳日冕物质抛射是太阳大气中最剧烈的一种活动现象．当日冕物质抛射爆发时，大量的等离子体物质从接近太阳日面的低日冕被抛出，瞬时释放出巨大的能量．当一部分这些物质和能量传播到地球附近时，可以造成短波通讯中断、卫星工作失常等破坏性现象．文章作者认为，是缠绕的太阳磁场提供了足够的能量，使这些日冕物质可以克服恒星的重力以及周边磁场的束缚抛射出来；而磁螺度在日冕中的不断积累，不仅为日冕物质抛射提供了能量基础，而且使爆发在一定程度上成为一种日冕演化的必然。     

电磁波在大气层人造等离子体中的衰减特性

利用洛沦兹模型来研究大气层人造非均匀等离子体的电磁响应特性,讨论了电磁波频率、等离子体密度及电子碰撞频率对电磁波衰减特性的影响.结果表明,电磁波在长波长区域及等离子体密度大时,其能量衰减越快.当等离子体密度高时,电子温度越低,大气层高度越高,电磁波的能量衰减越快. 关键词： 电磁波 大气等离子体 能量衰减     

超新星研究的科学意义

 恒星(变星)渡过它漫长的一生到晚期临终时,不是默默无闻的,而往往要发生一次巨大的自我爆发,爆发时把大量物质抛向星际空间,释放出大量能量,而它的亮度会骤然增加几千万倍,甚至几十亿倍,随后又慢慢暗淡下去(一般用肉眼观察亮度持续时间在6个月以上)。宇宙中这种壮观无比的爆发恒星称为超新星。超新星是恒星世界中活动最剧烈的星体,也是物理学和天文学研究的重要前沿课题之一。     

沉寂黑洞的突然爆发

宇宙中有一大部分星系＂停泊＂在黑洞的近旁.有些是沉寂的,而另一些则持续地产生辐射.为了探测星系以及中心黑洞从沉寂到爆发的突变,     

宇宙临界密度学说自相矛盾无法自圆其说——大学物理学教材析疑

通过引述几本具有代表性的大学物理学教科书中对宇宙演化的膨胀与收缩取决于天体物质密度与宇宙临界密度的相对大小的说法,指出了如果将宇宙收缩过程的所谓临界密度学说应用于宇宙膨胀过程就会自相矛盾,并解释了为什么会产生这种矛盾的错误.最后给出了能够自圆其说的正确答案:宇宙的膨胀与收缩取决于物质形态的互相转化和质量与能量的相互转换——当质量全部转换成了能量,宇宙就会由收缩转而膨胀;而当能量全部转换成了质量,宇宙就会由膨胀转而收缩.奇点只有能量,没有质量密度.     

等离子体效应对类氦氖Kα线系电偶极辐射的影响

采用离子球模型,通过自洽求解Boltzmann方程和Poisson方程,得到类氦氖离子Kα线系的两条电偶极辐射光谱能量随等离子体环境的漂移.结果显示,Kα线系电偶极谱线随等离子体电子密度增大发生红移,红移量与等离子体电子密度有近似的正比关系;随着等离子体电子温度的降低,光谱红移对等离子体电子密度的敏感性增大.另外,所研究的两条谱线间的能量间隔随等离子体电子密度的增大而减小,减小量随等离子体电子密度的变化也呈现出近似的线性规律.值得注意的是,类氦氖Kα线系中两条电偶极谱线分别为互组合线与共振谱线,而其能量差就是1s2p(3P1)的交换能,因此进一步发现能级中交换能将随等离子体环境变化的规律.所观察到的光谱红移和精细结构分裂在高密度等离子体中都有明显的变化,对探索高密度等离子体的诊断新方法有重要意义.     

磁旋风

1984年夏天,美国天文学家在新墨西哥州用甚大阵(VLA)射电望远镜观测到在远离银道面上方有若干弧形气体纤维.这些缠绕着的涡旋状气云,看来是由磁场约束在一起的.这种磁场形成一个可能伸展达500光年的磁旋风.这一发现证明磁涡旋在宇宙中起着重要作用.正如洛斯·阿拉莫斯国家实验室的等离子体物理学家A.A.Peratt所评论的,“看来,磁场越来越象是在宇宙中起着和引力同样重要的作用”. 磁涡旋是象龙卷风那样旋动着的、炽热的带电气体(即等离子体)纤维.它受到由等离子体自身运动和其所带电流产生的磁场的约束.很小的,直径只有一毫米的这种涡旋的…     

���³��ܸ����������຤kα��Ư�Ƶ����

采用离子球自洽玻尔兹曼方程和泊松方程,得到了类氦Cr离子kα线系的两条电偶极辐射光谱能量随不同等离子体环境的变化关系.分析了光谱能量漂移量和kα线交换能随等离子体环境变化的关系,给出了光谱能量漂移量随等离子体环境参数变化的公式.结果表明,光谱能量漂移量随等离子体电子密度变化呈现出很好的线性.关系.