發(fā)布時(shí)間：2019-11-27 08:03

【摘要】：磁約束激光誘導(dǎo)等離子體的研究是等離子體應(yīng)用中引人注目的課題。它是用磁場(chǎng)來約束等離子體中帶電粒子的運(yùn)動(dòng),使其受到洛倫茲力限制等離子體擴(kuò)散技術(shù)。其廣泛應(yīng)用在激光誘導(dǎo)擊穿光譜、磁約束核聚變技術(shù),光刻技術(shù)以及磁控濺射技術(shù)等領(lǐng)域。由于其物理過程十分復(fù)雜,因此我們需要對(duì)磁場(chǎng)約束下的激光誘導(dǎo)等離子體膨脹動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行深入的研究。本文主要研究了磁場(chǎng)約束下組合脈沖激光誘導(dǎo)等離子體光譜特性,等離子體羽體膨脹形態(tài),等離子體沖擊波膨脹過程等物理過程。搭建磁場(chǎng)約束下的激光誘導(dǎo)等離子體發(fā)射光譜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究有無磁場(chǎng)約束下單脈沖激光誘導(dǎo)鋁等離子體光譜強(qiáng)度的變化。改變鋁靶材在磁場(chǎng)中的位置,研究磁場(chǎng)曲率半徑和梯度、磁力線彎曲程度對(duì)等離子體光譜的影響,研究不同波長在磁場(chǎng)約束條件下光譜強(qiáng)度的變化,計(jì)算了等離子在磁場(chǎng)和不存在磁場(chǎng)下的電子溫度和電子密度。研究有無磁場(chǎng)約束下單脈沖激光誘導(dǎo)鋁等離子體膨脹動(dòng)力學(xué)特性。通過快速攝影法和陰影法記錄等離子體的膨脹圖片。對(duì)比分析有無磁場(chǎng)中等離子體的膨脹距離、沖擊波膨脹速度和壓強(qiáng)隨著時(shí)間的演化過程。并且對(duì)比了靶材在磁場(chǎng)中不同位置的熒光圖片,計(jì)算了等離子體膨脹距離發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)中不同位置的等離子體膨脹距離大小與不同位置等離子體的光譜強(qiáng)度大小正好相反,這說明,等離子體膨脹方向相同的曲率和梯度方向,磁性壓力高,電子-離子碰撞頻率的增加,歐姆加熱增強(qiáng),以及等離子體膨脹速度減小和等離子體膨脹距離減少,并且等離子體發(fā)射增強(qiáng)。計(jì)算了等離子體沖擊波的速度和壓強(qiáng),發(fā)現(xiàn)在磁場(chǎng)約束條件下沖擊波速度和壓強(qiáng)均大于無磁場(chǎng)約束的情況。搭建磁場(chǎng)約束下共線雙脈沖激光誘導(dǎo)等離子體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),使用鏡像顯微鏡進(jìn)行光束合束準(zhǔn)直,利用快速攝影法記錄了磁場(chǎng)約束下不同延時(shí)雙脈沖等離子羽體膨脹形態(tài)的時(shí)間演化過程。采用光譜法分析不同延時(shí)雙脈沖激光誘導(dǎo)等離子體光譜學(xué)特性。雙脈沖實(shí)驗(yàn)結(jié)果又一次證明長波長激光增強(qiáng)了等離子體的屏蔽效應(yīng),降低了激光與靶材的耦合,短波長時(shí)降低了等離子體的屏蔽效應(yīng),增加了激光與靶材的耦合。同時(shí)也證明了磁場(chǎng)約束對(duì)等離子體特性的影響。
【圖文】：

從方程（1.2），可得=常數(shù)//ν這表明粒子將以縱向速度沿著磁場(chǎng)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)和⊥v 垂直于洛倫茲力 ，故粒子作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由可寫為qvBRvm⊥⊥=2以上分析知，在均勻穩(wěn)恒磁場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)由兩部動(dòng)；另一部分是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。這兩部分的合成是帶電線為軸作螺旋線運(yùn)動(dòng)[12]，如圖 1.1 所示。

圖 1.2 托卡馬克裝置結(jié)構(gòu)示意圖馬克裝置復(fù)雜性和昂貴的運(yùn)行成本。對(duì)于一些高能帶電離我們可以嘗試用激光等離子進(jìn)行模擬。激光誘導(dǎo)等離子體m3，溫度 3682K-10206K，可以達(dá)到等離子體核聚變的參統(tǒng)，利用磁場(chǎng)約束激光等離子體模擬磁約束核聚變，，等離用機(jī)理相同，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低廉。因此研究磁膨脹動(dòng)力學(xué)可以為磁約束核聚變提供一定的理論鋪墊。選題意義及主要研究內(nèi)容了對(duì)在磁場(chǎng)約束下 1064nm+355nm 組合脈沖激光誘導(dǎo)鋁等究，通過采集等離子發(fā)射光譜時(shí)間空間演化數(shù)據(jù)與熒光成像和陰影成像下等離子體沖擊波圖像，相互比對(duì)支撐，尋磁場(chǎng)和激光波長以及脈沖延時(shí)對(duì)鋁等離子體微觀粒子及等磁場(chǎng)約束對(duì)等離子體發(fā)射光譜強(qiáng)度增強(qiáng)的物理機(jī)制。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O53;TN249

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