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平行轨道加速器等离子体动力学特性研究

刘帅 黄易之 郭海山 张永鹏 杨兰均

平行轨道加速器等离子体动力学特性研究

刘帅, 黄易之, 郭海山, 张永鹏, 杨兰均
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  • 等离子体电磁加速器可产生高速度、高密度等离子体射流而广泛应用于核物理、天体物理等领域.本文通过光电二极管、磁探头研究了不同放电电流和初始气压条件下等离子体在平行轨道加速器内的轴向运动特性.通过电流截断的方法,采用冲击摆测量了首次等离子体射流的动量.平行轨道加速器驱动电源由14级脉冲形成网络组成,每级电容为1.5 μF,每级电感约为300 nH,得到振荡衰减型方波的电流波形.实验发现,电流过零时,轨道起始处一般会发生二次击穿,并形成二次轴向运动的等离子体.放电电流为10–55 kA、初始气压为200–1000 Pa时,等离子体的轴向速度为8–25 km/s.实验获得的等离子体的运动速度为雪犁模型理论结果的60%–80%,这主要是理论模型忽略了电极表面对电弧的黏滞阻力以及电极烧蚀引起的质量增加.等离子体动量与电流的平方随时间的积分成正比.放电电流为21–51.6 kA时,首次等离子体射流的动量为1.49–9.88 g·m/s.等离子体运动过程中除了受到洛伦兹力外,还会受到电极表面的黏滞阻力,造成等离子体动量约为理论结果的75%.
      通信作者: 杨兰均, yanglj@xjtu.edu.cn
    [1]

    Cheng D Y 1971 AIAA J. 9 1681

    [2]

    Liu W Z, Wang H, Zhang D J, Zhang J 2014 Plasma Sci. Technol. 16 344

    [3]

    Chung K S, Chung K, Jung B K, Hwang Y S 2013 Fusion Eng. Des. 88 1782

    [4]

    Kikuchi Y, Nakanishi R, Nakatsuka M, Fukumoto N, Nagata M 2010 IEEE Trans Plasma Sci. 38 232

    [5]

    Bendixsen L S C, Bott-Suzuki S C, Cordaro S W, Krishnan M, Chapman S, Coleman P, Chittenden J 2016 Phys. Plasmas 23 093112

    [6]

    Yang X Z, Liu J, Feng C H, Wang L 2008 Plasma Sci. Technol. 10 363

    [7]

    Cai M H, Wu F S, Li H W, Han J W 2014 Acta Phys. Sin. 63 019401 (in Chinese) [蔡明辉, 吴逢时, 李宏伟, 韩建伟 2014 物理学报 63 019401]

    [8]

    Underwood T C, Loebner K T K, Cappelli M A 2017 High Energ. Dens. Phys. 23 73

    [9]

    Wiechula J, Hock C, Iberler M, Manegold T, Schonlein A, Jacoby J 2015 Phys. Plasmas 22 043516

    [10]

    Hsu S C, Merritt E C, Moser A L, Awe T J, Brockington S J E, Davis J S, Adams C S, Case A, Cassibry J T, Dunn J P, Gilmore M A, Lynn A G, Messer S J, Witherspoon F D 2012 Phys. Plasmas 19 123514

    [11]

    Yang L, Zhang J L, Yan H J, Hua Y, Ren C S 2017 Acta Phys. Sin. 66 055203 (in Chinese) [杨亮, 张俊龙, 闫慧杰, 滑跃, 任春生 2017 物理学报 66 055203]

    [12]

    Merritt E C, Lynn A G, Gilmore M A, Thoma C, Loverich J, Hsu S C 2012 Rev. Sci. Instrum. 83 10D523

    [13]

    Wiechula J, Schonlein A, Iberler M, Hock C, Manegold T, Bohlender B, Jacoby J 2016 AIP Adv 6 075313

    [14]

    Moser A L, Hsu S C 2015 Phys. Plasmas 22 055707

    [15]

    Merritt E C, Moser A L, Hsu S C, Adams C S, Dunn J P, Holgado A M, Gilmore M A 2014 Phys. Plasmas 21 055703

    [16]

    Thoma C, Welch D R, Hsu S C 2013 Phys. Plasmas 20 082128

    [17]

    Poehlmann F R, Cappelli M A, Rieker G B 2010 Phys. Plasmas 17 123508

    [18]

    Gao Z X, Feng C H, Yang X Z, Huang J G, Han J W 2012 Acta Phys. Sin. 61 145201 (in Chinese) [高著秀, 冯春华, 杨宣宗, 黄建国, 韩建伟 2012 物理学报 61 145201]

    [19]

    Zhang J L, Yang L, Yan H J, Hua Y, Ren C S 2015 Acta Phys. Sin. 64 075204 (in Chinese) [张俊龙, 杨亮, 闫慧杰, 滑跃, 任春生 2015 物理学报 64 075204]

    [20]

    Yang L, Yan H J, Zhang J L, Hua Y, Ren C S 2014 High Voltage Engineering 40 2113 (in Chinese) [杨亮, 闫慧杰, 张俊龙, 滑跃, 任春生 2014 高电压技术 40 2113]

    [21]

    Bhuyan H, Mohanty S R, Neog N K, Bujarbarua S, Rout R K 2003 Meas. Sci. Technol. 14 1769

    [22]

    Cassibry J T, Thio Y C F, Wu S T 2006 Phys. Plasmas 13 053101

    [23]

    Al-Hawat S 2004 IEEE Trans. Plasma Sci. 32 764

    [24]

    Aghamir F M, Behbahani R A 2011 J. Appl. Phys. 109 043301

    [25]

    Witherspoon F D, Case A, Messer S J, Bomgardner R, Phillips M W, Brockington S, Elton R 2009 Rev. Sci. Instrum. 80 083506

    [26]

    Messer S, Case A, Bomgardner R, Phillips M, Witherspoon F D 2009 Phys. Plasmas 16 064502

    [27]

    Hsu S C, Awe T J, Brockington S, Case A, Cassibry J T, Kagan G, Messer S J, Stanic M, Tang X, Welch D R, Witherspoon F D 2012 IEEE Trans. Plasma Sci. 40 1287

    [28]

    Keshtkar A, Bayati S, Keshtkar A 2009 IEEE Trans. Magn. 45 305

    [29]

    Chau S W, Hsu K L, Lin D L, Tzeng C C 2007 J. Phys. D:Appl. Phys. 40 1944

  • [1]

    Cheng D Y 1971 AIAA J. 9 1681

    [2]

    Liu W Z, Wang H, Zhang D J, Zhang J 2014 Plasma Sci. Technol. 16 344

    [3]

    Chung K S, Chung K, Jung B K, Hwang Y S 2013 Fusion Eng. Des. 88 1782

    [4]

    Kikuchi Y, Nakanishi R, Nakatsuka M, Fukumoto N, Nagata M 2010 IEEE Trans Plasma Sci. 38 232

    [5]

    Bendixsen L S C, Bott-Suzuki S C, Cordaro S W, Krishnan M, Chapman S, Coleman P, Chittenden J 2016 Phys. Plasmas 23 093112

    [6]

    Yang X Z, Liu J, Feng C H, Wang L 2008 Plasma Sci. Technol. 10 363

    [7]

    Cai M H, Wu F S, Li H W, Han J W 2014 Acta Phys. Sin. 63 019401 (in Chinese) [蔡明辉, 吴逢时, 李宏伟, 韩建伟 2014 物理学报 63 019401]

    [8]

    Underwood T C, Loebner K T K, Cappelli M A 2017 High Energ. Dens. Phys. 23 73

    [9]

    Wiechula J, Hock C, Iberler M, Manegold T, Schonlein A, Jacoby J 2015 Phys. Plasmas 22 043516

    [10]

    Hsu S C, Merritt E C, Moser A L, Awe T J, Brockington S J E, Davis J S, Adams C S, Case A, Cassibry J T, Dunn J P, Gilmore M A, Lynn A G, Messer S J, Witherspoon F D 2012 Phys. Plasmas 19 123514

    [11]

    Yang L, Zhang J L, Yan H J, Hua Y, Ren C S 2017 Acta Phys. Sin. 66 055203 (in Chinese) [杨亮, 张俊龙, 闫慧杰, 滑跃, 任春生 2017 物理学报 66 055203]

    [12]

    Merritt E C, Lynn A G, Gilmore M A, Thoma C, Loverich J, Hsu S C 2012 Rev. Sci. Instrum. 83 10D523

    [13]

    Wiechula J, Schonlein A, Iberler M, Hock C, Manegold T, Bohlender B, Jacoby J 2016 AIP Adv 6 075313

    [14]

    Moser A L, Hsu S C 2015 Phys. Plasmas 22 055707

    [15]

    Merritt E C, Moser A L, Hsu S C, Adams C S, Dunn J P, Holgado A M, Gilmore M A 2014 Phys. Plasmas 21 055703

    [16]

    Thoma C, Welch D R, Hsu S C 2013 Phys. Plasmas 20 082128

    [17]

    Poehlmann F R, Cappelli M A, Rieker G B 2010 Phys. Plasmas 17 123508

    [18]

    Gao Z X, Feng C H, Yang X Z, Huang J G, Han J W 2012 Acta Phys. Sin. 61 145201 (in Chinese) [高著秀, 冯春华, 杨宣宗, 黄建国, 韩建伟 2012 物理学报 61 145201]

    [19]

    Zhang J L, Yang L, Yan H J, Hua Y, Ren C S 2015 Acta Phys. Sin. 64 075204 (in Chinese) [张俊龙, 杨亮, 闫慧杰, 滑跃, 任春生 2015 物理学报 64 075204]

    [20]

    Yang L, Yan H J, Zhang J L, Hua Y, Ren C S 2014 High Voltage Engineering 40 2113 (in Chinese) [杨亮, 闫慧杰, 张俊龙, 滑跃, 任春生 2014 高电压技术 40 2113]

    [21]

    Bhuyan H, Mohanty S R, Neog N K, Bujarbarua S, Rout R K 2003 Meas. Sci. Technol. 14 1769

    [22]

    Cassibry J T, Thio Y C F, Wu S T 2006 Phys. Plasmas 13 053101

    [23]

    Al-Hawat S 2004 IEEE Trans. Plasma Sci. 32 764

    [24]

    Aghamir F M, Behbahani R A 2011 J. Appl. Phys. 109 043301

    [25]

    Witherspoon F D, Case A, Messer S J, Bomgardner R, Phillips M W, Brockington S, Elton R 2009 Rev. Sci. Instrum. 80 083506

    [26]

    Messer S, Case A, Bomgardner R, Phillips M, Witherspoon F D 2009 Phys. Plasmas 16 064502

    [27]

    Hsu S C, Awe T J, Brockington S, Case A, Cassibry J T, Kagan G, Messer S J, Stanic M, Tang X, Welch D R, Witherspoon F D 2012 IEEE Trans. Plasma Sci. 40 1287

    [28]

    Keshtkar A, Bayati S, Keshtkar A 2009 IEEE Trans. Magn. 45 305

    [29]

    Chau S W, Hsu K L, Lin D L, Tzeng C C 2007 J. Phys. D:Appl. Phys. 40 1944

  • [1] 郑志远, 鲁 欣, 张 杰, 郝作强, 王兆华, 远晓辉. 激光等离子体动量转换效率的实验研究. 物理学报, 2005, 54(1): 192-196. doi: 10.7498/aps.54.192
    [2] 高著秀, 冯春华, 杨宣宗, 黄建国, 韩建伟. 微小碎片加速器同轴枪内等离子体轴向速度研究. 物理学报, 2012, 61(14): 145201. doi: 10.7498/aps.61.145201
    [3] 韩建伟, 黄建国, 蔡明辉, 李小银, 李宏伟, 高著秀. 利用超高速撞击产生的等离子体测量微粒速度的方法研究. 物理学报, 2010, 59(2): 1385-1390. doi: 10.7498/aps.59.1385
    [4] 张可言. 金属材料在中强度激光辐照下的相变速度研究. 物理学报, 2004, 53(6): 1815-1819. doi: 10.7498/aps.53.1815
    [5] 潘登, 刘长鑫, 张泽洋, 高玉金, 郝秀红. 速度对聚四氟乙烯摩擦系数影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2019, 68(17): 176801. doi: 10.7498/aps.68.20190495
    [6] 宋晓鹏, 陈 戎, 包成玉, 王德武. 平行板静电场法离子引出的对称收集. 物理学报, 2005, 54(9): 4198-4202. doi: 10.7498/aps.54.4198
    [7] 袁乃昌, 刘少斌, 朱传喜. 等离子体光子晶体的FDTD分析. 物理学报, 2005, 54(6): 2804-2808. doi: 10.7498/aps.54.2804
    [8] 田杨萌, 王彩霞, 程新路, 杨向东, 姜 明. 惰性物质等离子体物态方程研究. 物理学报, 2007, 56(10): 5698-5703. doi: 10.7498/aps.56.5698
    [9] 刘惠平, 邹秀, 邹滨雁, 邱明辉. 电负性等离子体磁鞘的玻姆判据. 物理学报, 2012, 61(3): 035201. doi: 10.7498/aps.61.035201
    [10] 谢鸿全, 刘濮鲲. 磁化等离子体填充螺旋线的色散方程. 物理学报, 2006, 55(5): 2397-2402. doi: 10.7498/aps.55.2397
    [11] 罗家融, 王华忠, 李 翀, 黄勤超. EAST装置等离子体放电位形快速识别研究. 物理学报, 2006, 55(1): 281-286. doi: 10.7498/aps.55.281
    [12] 张 民, 吴振森. 脉冲波在空间等离子体介质中传播的矩分析及其应用. 物理学报, 2007, 56(10): 5937-5944. doi: 10.7498/aps.56.5937
    [13] 张秋菊, 武慧春, 王兴海, 盛政明, 张 杰. 超短激光脉冲在等离子体中的分裂以及类孤子结构的形成. 物理学报, 2007, 56(12): 7106-7113. doi: 10.7498/aps.56.7106
    [14] 王 彬, 谢文楷. 等离子体加载耦合腔慢波结构色散分析. 物理学报, 2007, 56(12): 7138-7146. doi: 10.7498/aps.56.7138
    [15] 蒋新革, 李向东, 张 丽. 等离子体效应对类氦氖Kα线系电偶极辐射的影响. 物理学报, 2006, 55(9): 4501-4505. doi: 10.7498/aps.55.4501
    [16] 王之江, 徐跃民, 赵国伟, 粱志伟, 徐 杰. 射频激励等离子体非线性效应的FDTD数值模拟. 物理学报, 2007, 56(9): 5304-5308. doi: 10.7498/aps.56.5304
    [17] Amanatides Elefterious, Mataras Dimitris, 张晓丹, 张发荣, 赵 颖. 硅薄膜沉积中等离子体辉光功率和阻抗的测试分析. 物理学报, 2007, 56(9): 5309-5313. doi: 10.7498/aps.56.5309
    [18] 安治永, 李应红, 吴 云, 苏长兵, 宋慧敏. 对称等离子体激励器系统电场仿真研究. 物理学报, 2007, 56(8): 4778-4784. doi: 10.7498/aps.56.4778
    [19] 赵建明, 张临杰, 李昌勇, 贾锁堂. 里德伯原子向超冷等离子体的自发转化. 物理学报, 2008, 57(5): 2895-2898. doi: 10.7498/aps.57.2895
    [20] 邹秀, 籍延坤, 邹滨雁. 斜磁场中碰撞等离子体鞘层的玻姆判据. 物理学报, 2010, 59(3): 1902-1906. doi: 10.7498/aps.59.1902
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-08
  • 修回日期:  2018-01-02
  • 刊出日期:  2018-03-20

平行轨道加速器等离子体动力学特性研究

  • 1. 西安交通大学, 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
  • 通信作者: 杨兰均, yanglj@xjtu.edu.cn

摘要: 等离子体电磁加速器可产生高速度、高密度等离子体射流而广泛应用于核物理、天体物理等领域.本文通过光电二极管、磁探头研究了不同放电电流和初始气压条件下等离子体在平行轨道加速器内的轴向运动特性.通过电流截断的方法,采用冲击摆测量了首次等离子体射流的动量.平行轨道加速器驱动电源由14级脉冲形成网络组成,每级电容为1.5 μF,每级电感约为300 nH,得到振荡衰减型方波的电流波形.实验发现,电流过零时,轨道起始处一般会发生二次击穿,并形成二次轴向运动的等离子体.放电电流为10–55 kA、初始气压为200–1000 Pa时,等离子体的轴向速度为8–25 km/s.实验获得的等离子体的运动速度为雪犁模型理论结果的60%–80%,这主要是理论模型忽略了电极表面对电弧的黏滞阻力以及电极烧蚀引起的质量增加.等离子体动量与电流的平方随时间的积分成正比.放电电流为21–51.6 kA时,首次等离子体射流的动量为1.49–9.88 g·m/s.等离子体运动过程中除了受到洛伦兹力外,还会受到电极表面的黏滞阻力,造成等离子体动量约为理论结果的75%.

English Abstract

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