磁化背景中激光等离子体膨胀过程研究

发布时间：2020-12-21 15:14

　　磁场与等离子体广泛存在于宇宙当中,宇宙中的很多现象如蟹状星云的不稳定性结构、吸积盘喷流、高速粒子的产生等等,都与磁场和等离子体之间的相互作用有关。在天体物理或者空间物理领域,由于观测条件限制,针对这些现象的研究还不够完备。近几十年,随着脉冲功率技术的发展,陆续建成了强磁场装置和高功率激光装置,为在实验室条件下研究磁场与等离子体之间的相互作用提供了实验环境。本论文主要针对磁化背景中的激光等离子体膨胀进行了实验和模拟的相关研究。激光等离子体在磁化背景中膨胀,根据背景等离子体的阿尔芬速度,可以将膨胀类型简要分为亚阿尔芬速度膨胀和超阿尔芬速度膨胀。我们在中国科学技术大学的磁化激光等离子体装置上进行了亚阿尔芬速度膨胀的实验,利用激光烧蚀平面靶产生等离子体,由亥姆霍兹线圈提供准稳态准均匀的外磁场。通过等离子体的自发光成像以及飞秒光的干涉,诊断了激光等离子体在外磁场中演化过程。等离子体在外磁场中减速膨胀,在等离子体-磁场的交界面上出现严重密度堆积,形成抗磁腔结构。抗磁腔的最大尺寸与磁场约束效果相关,实验上改变激光能量五和磁场强度B,发现抗磁腔Vmax满足定标关系Vmax～E/B2。磁流体模拟发现该定... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 绪论——磁场与等离子体相互作用
    1.2 实验室天体物理和实验室空间物理
    1.3 标度变换
    1.4 论文的主要内容和安排
第2章 磁化激光等离子体综述
    2.1 磁化背景中等离子体的膨胀过程
    2.2 等离子体在磁化背景中亚阿尔芬速度膨胀
    2.3 亚阿尔芬速度膨胀的不稳定性
        2.3.1 磁化瑞利-泰勒不稳定性
        2.3.2 大拉莫半径不稳定性
        2.3.3 低杂漂移不稳定性
        2.3.4 不稳定性的实验结果
    2.4 等离子体在磁化背景中超阿尔芬速度膨胀
    2.5 超阿尔芬速度膨胀的无碰撞冲击波
        2.5.1 磁化冲击波
        2.5.2 磁化冲击波的加速机制
    2.6 本章小结
第3章 亚阿尔芬速度膨胀的抗磁腔和不稳定性
    3.1 需求背景
    3.2 磁化激光等离子体装置上的实验安排
    3.3 磁化激光等离子体装置上的实验结果
        3.3.1 抗磁腔
        3.3.2 不稳定性
    3.4 磁流体模拟方法及结果
        3.4.1 模拟方法
        3.4.2 模拟结果
    3.5 抗磁腔定标率
        3.5.1 空间定标率
        3.5.2 时间定标率
        3.5.3 充磁黑腔
    3.6 大拉莫半径不稳定性
        3.6.1 理想模型下的不稳定性
        3.6.2 耗散模型下的不稳定性
        3.6.3 不稳定性的非线性阶段
        3.6.4 针对不稳定性的磁流体模拟
    3.7 低杂漂移不稳定性的实验安排
    3.8 低杂漂移不稳定性的实验结果
    3.9 低杂漂移不稳定性的实验结果分析
        3.9.1 质子照相的结果分析
        3.9.2 质子照相的反演
        3.9.3 不稳定性增长率的分析
    3.10 本章小结
第4章 超阿尔芬速度膨胀的粒子加速
    4.1 需求背景
    4.2 超阿尔芬速度膨胀的实验安排
    4.3 超阿尔芬速度膨胀的实验结果
        4.3.1 光学诊断结果
        4.3.2 法拉第筒诊断结果
        4.3.3 电子谱仪
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]纳秒激光烧蚀固体靶产生的等离子体在外加横向磁场中膨胀时的温度和密度参数演化[J]. 梁亦寒,胡广月,袁鹏,王雨林,赵斌,宋法伦,陆全明,郑坚.  物理学报. 2015(12)

博士论文
[1]激光驱动等离子体中的无碰撞冲击波与离子加速[D]. 张文帅.中国工程物理研究院 2018
[2]非稳态垂直无碰撞激波中的粒子加速[D]. 杨忠炜.中国科学技术大学 2011



本文编号：2930043