放电参数对同轴枪放电特性的影响

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同轴枪电极最初由Marshall设计用于核物理方面的研究。由于其产生的等离子体具有密度高、温度高、速度快等许多独特的优点而逐渐被用于越来越多的领域,如利用同轴枪产生的高速等离子体团进行空间推进、对尘埃粒子进行加速、进行材料表面改性等,因此对同轴枪放电的研究也逐渐变得越来越广泛。目前对同轴枪放电的描述主要以Hart的雪犁模型为主,雪犁模型将放电时的电路简化为RLC震荡回路,并指出等离子体团在前进过程中将会继续电离前面的中性粒子,并推着被电离后的粒子一起加速。本论文主要在雪犁模型的基础下对同轴枪的放电特性,以及放电参数对同轴枪放电特性的影响进行了研究。文中主要内容包括以下三部分:  1.通过同轴枪放电时的电流、电压以及光电流波形进一步研究同轴枪放电时的工作机理,并对三者之间的关系进行定量研究。实验中通过研究放电参数对同轴枪放电时的电流、电压以及光电流波形的幅值、周期的影响,不仅对同轴枪的放电特性有了更本质的认识,而且为下文解释放电参数对等离子体团在前进过程中密度的变化以及对等离子体团的分离程度的影响提供实验依据。  2.等离子体团的密度是放映等离子体团特性的非常重要的参数之一。本文基于Stark展宽法测量等离子体团的密度,并在此基础上研究等离子体团在前进过程中密度的变化规律。由于等离子体团的能量非常高,而且雪犁模型提到等离子体团在前进过程中会电离前面的中性粒子,并推着其一起加速,所以研究等离子体团在前进过程中密度如何变化以及放电参数对这一变化的影响,不仅可以验证雪犁模型的假说,而且对在实际的应用中选择合适的位置以及放电参数进行优化都非常有意义。实验发现等离子体团在前进过程中密度会先增大再减小,而且气压的变化会影响等离子体团密度增大与减小的临界值。  3.通过对磁场梯度对等离子体团加速影响的研究,文中提出一个新论断:磁场梯度引起的增强反馈是导致等离子体团分离的主要原因。实验发现通过光电倍增管得到的光电流波形可以直接地观察到等离子体团的分离程度,并在此基础上研究放电参数对等离子体团分离程度的影响。发现电容和电容充电电压的增大会增强等离子体团的分离程度,气压的增大会减弱等离子体团的分离程度,并基于雪犁模型和增强反馈模型可对此做出解释。
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