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。     

慧眼X射线卫星首次发现高速逃逸黑洞的等离子体

随着X射线探测技术的发展,上世纪60年代人类在银河系中发现X射线源,黑洞便是其中之一.黑洞本身不发光,但在黑洞X射线双星中,大量伴星物质会被吸附在黑洞周围转动,形成一个发光的盘状结构,即吸积盘.在吸积盘内区附近,存在一团超高温等离子体,称为神秘的“冕”,类似于太阳周围的日冕.然而,冕在黑洞附近如何运动一直是致密天体研究...     

极紫外波段的太阳磁重联结构

<正>封面图显示的是2011年8月17日太阳爆发事件中磁场进行重联的伪彩色图像。其中红色代表温度相对较低的百万度级的日冕环,绿色代表重联后新形成的千万度级的耀斑环,蓝色显示的是太阳表面的结构。图中以地球的大小来对比一个中等级太阳爆发的规模尺度。图像数据来自美国国家航空航天局(NASA)的太阳动力学观测卫星(SDO),后由苏杨处理合成该封面图。     

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。     

GBH-1单匝二倍压回路放电的短路技术

在快收缩等离子体物理实验装置中,储能电容器通过起动开关、传输电缆和集电板对负载线圈脉冲放电.由于在这样的脉冲回路中, ,所以负载内的电流是衰减振荡的.这一振荡过程使等离子体的平衡和稳定受到不利影响.为了减少这种影响,往往采用箝位电路即短路回路,使负载内的电流由振荡的变成单向的,从而延长等离子体的约束时间,提高等离子体的电子温度. 进行单匝二倍压回路短路实验.是为了研究GBH-1高比压环形等离子体物理实验装置上使用场畸变短路开关的可行性.实验结果证明,二倍压短路回路可获得较长的衰减时间(～100μs)和较小的纹波系数(～15…     

HL-1装置的微机数据获取及处理

本文描述HL-1装置物理调试实验中微机数据获取及处理工作。获得了环电流、环电压、软X射线、硬X射线、磁探针信号的数据。处理后得到了等离子体参数有等离子体电流、电子温度、能量约束时间、Z_(eff)和振荡模式等。     

太阳大气中不可忽视的爆发活动——喷流

人类第一次注意到太阳大气中发生的喷流现象,是在20世纪20年代的Mt.Wilson观测台站发现的Hα冲浪。尽管已经过去了接近一个世纪,由于喷流本身并没有表现出像太阳耀斑那样的耀眼增亮,也没有像日冕物质抛射那样能够直接影响到近地空间环境,太阳大气喷流一直没能引起人们足够的重视。然而,近些年的一些研究进展表明,喷流不仅在分析太阳磁场拓扑结构和演化、与磁流体力学波(如类阿尔芬波)的相互作用、加热局地日冕以及加速太阳风等方面可能起着十分重要的作用,也与耀斑、日冕物质抛射等太阳上的极端爆发活动有着密切的关系。文章首先简要回顾太阳大气喷流的理论和观测成果,然后介绍作者在喷流触发高速日冕物质抛射方面最新的研究成果。最后简述喷流研究中亟待解决的一些问题和未来的研究方向。     

参量调制驱动环形等离子体稳态电流的简化分析

本文用简化模型分析托卡马克装置,建议用等离子体往径向速度振荡和角向磁场振荡的相互作用产生一个定常环向电动势以驱动稳态电流。这可由按一定相位差调制两个外加参量来达到。按反应堆参数估计,这种调制频率可以是工业频率。     

太阳爆发:源动力之谜

看似宁静的太阳上存在着诸多活动现象,其中的爆发活动,包括耀斑(solar flares)和日冕物质抛射(CMEs),是太阳系内最剧烈的能量释放,也是造成空间环境和空间天气变化的最主要因素。磁场重联一直被认为是其背后的驱动力,然而确凿的证据一直没有找到。现在,新一代观测卫星太阳动力学天文台(SDO)终于记录到了完整可信的日冕重联过程。文章中我们简要回顾太阳爆发的研究历史,介绍最新的研究成果,并讨论将来的研究重点。     

东方超环上低杂波驱动等离子体环向旋转实验研究

旋转和旋转剪切能抑制磁流体不稳定性和增强等离子体约束.低杂波电流驱动作为未来聚变堆上可能的旋转驱动手段,探索低杂波在现有托卡马克装置上驱动等离子体旋转的驱动机制,可以为未来的聚变堆上旋转预测提供重要参考.在东方超环托卡马克装置上,早期发现了2.45 GHz的低杂波能有效驱动等离子体旋转的现象,认为是边界旋转的改变导致芯部旋转的同电流方向的增加造成的.更高频率下4.6 GHz低杂波电流驱动可以更有效地驱动同电流方向的等离子体旋转.本论文分析在欧姆背景等离子体下,不同功率的低杂波对等离子体环向旋转的影响,研究安全因子剖面变化对环向旋转的关系,利用功率调制获得了低杂波驱动旋转实验中的环向动量输运系数变化情况,发现环向动量扩散系数(χφ)、环向动量箍缩系数(Vpinch)的数值大小趋势是从芯部向靠外的区域逐渐变大.这与低杂波驱动环向旋转时,环向旋转速度由靠外的区域向芯部传递的特性吻合.     

锯齿型振荡之谜

磁约束等离子体的一个共同特征是经常出现各种类型的不稳定性,其一般表现是:扰动先以指数规律随时间增长,然后趋向饱和或导致急剧的破坏.但是,使人十分惊异的是,1973年在美国的ST托卡马克中发现了软X射线辐射呈现弛豫振荡的形式.至今,在所有的托卡马克中均发现了这种振荡:等离子体的各种物理性质(特别是温度和密度)随时间的变化表现为锯齿型振荡.在等离子体中心区,温度先以较慢的速率爬升,然后以一个短得多的时间尺度(典型的为100μs量级)突然下降(“崩溃”).这个过程多次重复出现,形成锯齿型振荡的波形.这种现象不能简单地用通常的不稳定…     

激光聚变黑腔中等离子体的热流研究

辐射流体采用限流的局域Spitzer-Harm(S-H)电子热流近似,在预估等离子体状态时可能与实验观察存在偏差.利用一维(1D3V)含碰撞的粒子模拟程序,研究了激光聚变黑腔中金等离子体的电子分布函数和电子热流.分析表明,在等离子体的冕区,α=Z(νos/νte)^2>1,电子分布函数表现为超高斯分布(m=3.34),克努森数λe/Le=0.011大于局域S-H理论的临界值2×10^-3.这导致了局域S-H电子热流远大于实际热流.这种实际热流受限现象将导致辐射流体模拟给出的冕区电子温度高于神光实验测量值.而在等离子体的高密度区域,电子分布函数仍表现为超高斯分布(m=2.93),克努森数λe/Le=7.58×10^-4小于局域S-H理论的临界值,限流的局域S-H电子热流具有一定的适用性.但电子热流严重依赖于限流因子,辐射流体模拟需要根据不同位置的光强和电子温度调整的大小.     

螺旋波激发氢等离子体光谱诊断

 利用螺旋波等离子体化学气相沉积(HWP-CVD)技术,以氢气为反应气体产生等离子体。通过采集氢的可见到紫外发射光谱,对等离子体进行了原位诊断,由氢Balmer系分析得到了不同实验参数对激发态氢原子相对密度的影响,通过对Fulcher带的分析,得到实验参数对氢振动温度的影响。结果表明：低压氢等离子体状态可借用日冕模型来诊断;激发态氢原子密度随入射功率增加而增加,随压强增加而减少,氢分子振动温度随压强增加先增大后减小;电子温度和电子密度是低压氢等离子体状态变化的关键因素。     

激光等离子体太赫兹辐射源的频率控制

实验研究了双色超快强激光场作用于氮气分子束所产生的宽带太赫兹(THz)辐射光谱随等离子体介质的密度和长度的依赖关系, 发现THz辐射的中心频率随等离子体密度提高和长度减小而增大(0.8-1.4 THz), 且谱宽也随之增加(0.78-1.53 THz). 分析和计算表明, 太赫兹光谱的变化由等离子体振荡频率和谱宽决定. 该发现为等离子体宽带太赫兹辐射源的光谱操控提供了新思路.     

物理学2021年度亮点

与太阳约会 美国宇航局的Parker太阳探测器比其他任何人造物体都更接近太阳.2021年4月,宇宙飞船将探测器带到距离太阳中心18个太阳半径(1300万千米)的绕日轨道(图1).它进入了日冕的一个高度磁化区域,在那里磁能主导着等离子体的动能.该探测器测量了等离子体的湍流和磁场的涨落,为太阳科学家提供了关于太阳风驱动机制...     

热电子等离子体的耗散漂移不稳定性

在热电子等离子体中,存在密度梯度驱动的低频耗散性漂移波,本文导出了包括等离子体电阻性和粘滞性的漂移波的色散关系。热电子环能降低不稳定性的增长率,减少等离子体的反常输运损失。漂移波被热电子环完全稳定的条件是β_h>4ξ/(1+2ξ)。实验中测量了漂移波的激发区域和振荡特性,观察了热电子环的稳定作用实。验结果与理论分析相符。 关键词：     

空间太阳极紫外三波段成像光谱仪系统设计

太阳上层大气,即日冕、过渡区和色球,是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成,其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程,以及实现对大气等离子体特征参数的精确测量具有重要的意义。然而现有的极紫外光谱成像仪器只能针对太阳上层大气的一个或两个目标区域进行成像观测,缺乏采用单一仪器对整个太阳上层大气区域在大空间和宽波段尺度范围内的光谱进行诊断的能力,严重制约了人们对太阳爆发活动中的能量及物质输运过程的理解。为了利用单个仪器实现对日冕、过渡区和色球的高分辨率同时诊断观测,本文提出并设计了一款同时工作在17～21 nm、70～80 nm和95～105 nm三个波段的太阳极紫外成像光谱仪,该仪器基于非罗兰圆结构下的椭球面变线距（EVLS）光栅像差校正理论,采用狭缝扫描式成像光谱结构,实现了具有大离轴狭缝视场的高空间、高光谱分辨的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳极紫外三波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验,仿真结果表明,所设计的成像光谱仪取得了良好的光栅像差校正效果,系统空间分辨率优于0.6″,光谱分辨率在1...     

高能X射线光谱分析工具—SasalPy

等离子体模型是天文学家解析高能天体观测数据的重要工具,发展精确便利的等离子体模型有助于研究者高效的进行高能X射线光谱分析工作.在现有的SASAL等离子体模型的基础上进一步提出一种新的基于Python语言的高能X射线光谱分析工具包SasalPy,并从理论框架、功能性和差异性方面阐述SasalPy的可靠性和精确性.线辐射和连续辐射计算结果表明,原子参数如跃迁速率、碰撞强度等会对合成光谱产生明显地影响.以Capella星冕的体微分发射度为基础开展了三个温度的光谱合成应用,并通过与其他等离子体模型辐射损失结果的对比,说明SasalPy在X射线能段比较精确可靠.     

日冕反常加热之谜新解

日冕加热之谜是当代天文学、天体物理学中的八大难题之一。自日冕高温发现七十多年以来,人们建立了许多模型试图解决这一难题,但到目前为止,现有的模型几乎都无法给出一个完整的解答。近年来,人们从观测上取得了一系列新的发现,如从光球到日冕的超精细磁通道中的快速上升热流、二型针状体、极紫外龙卷风等。这些发现给我们一个新的启示,即日冕的加热能量很可能是直接通过热物质上升并在日冕区域沉积而实现的。但是,这些上升热流又是如何形成的呢?鉴于太阳大气中普遍存在具有磁场梯度的磁通量管,作者最近提出了磁场梯度抽运机制(magnetic gradient pumping mechanism,MGP),每一磁通量管就像一个抽水机一般,将底层热分布的等离子体中的高能端粒子抽运到高层大气中沉积,并最终形成了高温的日冕大气。这一机制为我们探索日冕加热之谜提供了一个新的思路。     

硅烷低温等离子体阶跃响应的仿真(1)

了解含有负离子的低温等离子体的过渡特性，在等离子体控制过程中，尤其在选择性等离子 体腐蚀工艺和改善电荷堆积等现象中是十分重要的课题.对电源驱动频率为1356MHz，压力 为05Torr(05×10333Pa)状态下的硅烷（SiH₄）低温等离子体的阶跃响应 进行仿真. 当电源电压振幅从550V阶跃减小到350V时，硅烷低温等离子体表现出以数千RF周期为周期的振荡现象，等离子体中的带电粒子的运动变化决定了振荡现象的产生和振荡周期等特性. 关键词： 迁移率 扩散系数 阶跃响应 等离子体振荡