预填充模式下同轴枪放电等离子体加速模型分析与优化

雪犁模型是描述预填充模式下同轴枪放电装置加速过程的主要手段,其能够直接给出枪内等离子体轴向速度与加速时间的解析关系式,因此在面向不同应用需求的装置结构设计中成为了重要的参考依据.通过理论推导及光、电、磁信号的测量,本文对比分析了不同充电电压与预填充气压条件下在加速阶段及喷口处等离子体的理论与实验速度,并给出了雪犁模型的优化方法.首先,用实测电流来替代近似的正弦电流,有效消除了磁压力计算误差对模型准确性的影响.其次,随着加速距离的延长,喷口处等离子体速度的饱和现象开始出现,摩擦阻力的存在是其主导的形成原因.相比于现有模型25.8%—53.6%的偏差范围,添加摩擦阻力项后不同电压和气压下的理论与实测速度的差值仅为3.1%—8.4%.

同轴枪脉冲放电等离子体输运过程中密度变化的实验研究

同轴枪放电等离子体具有密度高、输运速度快等特点,在核物理、航天工程等领域具有广阔的应用前景,已成为国际前沿研究热点.同轴枪中的等离子体密度是反映其应用特性的重要参数之一,因此等离子体密度在输运过程中的变化对理论研究和实际应用都具有重要意义.利用发射光谱法测量了H_β谱线的Stark展宽,从而计算出同轴枪放电等离子体密度在输运过程中的变化.结果显示,当电源注入能量为1.08 kJ、同轴枪内空气气压为4.0Pa时,等离子体密度在输运过程中不断增加;相同能量注入条件下,当同轴枪内空气气压增加至10 Pa时,等离子体密度在输运过程中出现了先增加后减小的趋势;当电源的注入能量达到7.68 kJ时,等离子体密度在10 Pa气压条件下输运时也出现了一直增加的现象.此外,当同轴枪内的工作气体变为氩气时,在注入能量为1.08 kJ、枪内气压4.0 Pa条件下,等离子体密度在输运过程中一直减小.

同轴枪脉冲放电等离子体特性及其轴向输运速度分析

高密度、高速度等离子体的喷射源(同轴枪装置)是强流脉冲放电装置的热点。为此,实验研究了同轴枪放电装置产生的等离子体特性,以及不同参数下等离子体轴向的输运速度。通过对等离子体的光学与电学诊断,发现由同轴枪喷出的等离子体具有一定体积,并且该等离子体的电学特性以及轴向速度的大小受电压与气压等参数的影响较大。在固定气压下,放电电流以及等离子体轴向输运速度会随着电压的增加而增大;而在固定电压下,放电电流在气压增大时几乎不变,但等离子体轴向输运速度随着气压的增大而减小。此外,实验中均出现了多次放电的现象。

外电极长度对同轴枪放电等离子体特性的影响

同轴枪放电装置能够产生高速度(~100 km/s)、高电子密度(~10^(16) cm^(-3))以及高能量密度(~1 MJ/m^(2))的稠密等离子体,因而在聚变能、天体物理及航空航天等领域得到了广泛关注.通过光电信号的测量以及对输运过程中等离子体时空演化过程的观察,本文主要对比分析了不同长度外电极下的同轴枪放电等离子体特性.外电极长度的增加,带来了喷射等离子体电子密度、发光强度的降低以及轴向速度、准直性与输运距离的显著提高,而由箍缩效应所形成的等离子体柱在放电过程中对中心电极的延长作用则是引起长短外电极同轴枪中等离子体参数差异的主要原因.延长的中心电极一方面与长外电极在轴向长度上得以匹配,使等离子体在枪内能够获得更长的加速时间,进而提高其喷射速度;另一方面则会造成带电粒子的大量损耗以及更高的碰撞复合损失,导致等离子体电子密度与发光强度的降低.等离子体的轴向动能直接影响着其喷出后的传播距离,而喷口处等离子体的扩散角则主要受电子密度与径向洛伦兹力的约束,二者共同决定了等离子体的准直性及输运衰减特性.

同轴枪放电等离子体电流片的运动特性研究

同轴枪放电可以产生高速度、高密度的等离子体射流,在天体物理、核物理等研究领域具有广泛的应用.基于同轴枪放电等离子体运动的"雪犁模型"分析,本实验通过对等离子体光电信号和磁信号的测量及放电照片的拍摄,研究了不同放电电流和气压对同轴枪放电等离子体电流片的运动特性、电流通道分布的影响.实验结果发现:一次放电过程中,气压为10 Pa、放电电流为35.7—69.8 kA时,随着放电电流的增加,等离子体喷射速度增加,输运距离与离子携带的轴向动能成正比,大电流条件下,等离子体喷出枪口时易于在枪底端形成新的电流通道;气压为5—40 Pa、放电电流为49.8 kA时,随着气压的增加,等离子体喷射速度减小,输运距离缩短,高气压下,等离子体喷出枪口时在枪底端未产生新的放电通道,这与放电过程中遗留在枪底端的带电粒子和电流片渗漏残留在枪内的中性粒子共同形成的阻抗通道有关;电流反向时,二次放电击穿位置发生在电极头部,放电过程中存在多次放电现象.

放电参数对爆燃模式下同轴枪强流脉冲放电等离子体的影响

同轴枪强流脉冲放电常见有爆燃模式和预填充模式两种放电模式,爆燃模式放电可以得到杂质少、准直性高、输运速度更快的等离子体射流.本实验主要对不同电压及进气量下同轴枪强流脉冲爆燃模式放电的等离子体特性进行了研究.结果表明,在相同放电电压下,进气量少时会有多团等离子体从枪口喷出.随着进气量的增加,同轴枪放电产生的等离子体密度增加,输运速度减小,最终等离子体只有一团从枪口喷出;而在相同进气量下,随着电压的增加,等离子体密度增加,输运速度增大,开始出现有多团等离子体从枪口喷出的现象.产生该现象的原因主要是在放电过程中,当气体持续进入枪底部时,同轴枪底部会产生新的电流通道向前运动,使得在同轴枪出口处观察到了多团等离子体喷出的现象;随着放电电压的增加,在放电过程中回路电流也增加.当电流增加到一定程度时,同轴枪底部就会产生新的电流通道,从而有多个等离子体团从枪口喷出.通过改变充电电容以及对磁探针信号的分析,进一步分析并验证了同轴枪底端多次放电的现象.

同轴枪正、负脉冲放电等离子体特性的对比

同轴枪脉冲放电产生的等离子体具有高速度、高密度的特点,在核聚变、空间推进、天体物理领域具有很高的应用价值.本文针对不同放电方式对等离子体特性的影响进行了理论实验研究,通过调换脉冲电源整流二极管的方向改变充电电流方向实现正、负脉冲放电,采用光学、电学、磁探针等诊断手段,研究了正、负脉冲放电产生的等离子体性能;通过高速相机观察到正脉冲等离子体的分团现象,使用了图像处理技术,量化对比了等离子体发光强度.结果表明在相同工作气压和放电电压下,负脉冲等离子体拥有更高的密度,流速稍小但性能趋稳;而正脉冲等离子体具有更高的射流速度,也易产生明显的分团现象,所得实验结果与理论分析相一致.

磁化同轴枪操作参数对球马克产生及等离子体特性的影响

磁化同轴枪放电装置可以产生高传输速度、高电子密度的球马克,在可控核聚变、高能量密度物理以及天体物理等领域均得到了广泛关注.基于球马克形成阈值理论,通过对放电图像的拍摄以及光、电、磁信号的诊断分析,本文主要研究了磁化同轴枪操作参数对球马克产生及等离子体特性的影响.实验结果发现:除放电电流和偏置磁通的比值以外,受送气时长控制的气体分布长度同样是球马克产生的关键.电极间通道内较长的气体分布可以使放电产生集中承载电流的等离子体环,该环能够在足够强的磁压力推动下完成磁场拉伸与重联以形成球马克.增加放电电流可以同时带来球马克传输速度、电子温度以及密度的提升,而增加送气量仅对电子密度提升具有正面影响,球马克性能优化的关键在于提升电容器组向等离子体环的能量馈入.

放电参数对同轴枪中等离子体团的分离的影响

同轴枪中的等离子体团的分离现象主要是由同轴枪内磁场的梯度造成的电流层倾斜而引起的一个增强反馈过程导致的,这种分离现象越来越成为限制同轴枪有效使用的一个不利因素.在实验上研究放电参数对等离子体团的分离的影响,对理论研究和实际应用都具有重要意义.在实验中发现,利用光电倍增管可以直接观察到等离子体团的分离程度,由此可以研究放电参数对等离子体团的分离的影响.本实验主要研究电容充电电压、电容、放电气压这三个参数对分离现象的影响.实验发现,分离程度随着电容以及其充电电压的增大而增强,随着气压的增大而减弱.实验结果基于雪犁模型进行分析,电容以及电容充电电压的增大使放电电流增强使磁场梯度增大而导致电流层的倾斜程度增加,而使等离子体团的分离程度变严重,相反,气压的增加使需要加速更多粒子而导致电流层的倾斜程度减弱,而使等离子体团分离程度减弱.分析认为,通过控制在加速过程中影响电流层倾斜程度的因素可控制共轴枪中等离子体团的分离程度.

等离子体加速器动力学理论探索

等离子体驱动微小碎片加速器是利用大容量脉冲电容器组对等离子体同轴枪放电产生高温、高密度、高速等离子体,再用这些等离子体加速微粒(10～1000μm)至超高速(1～15km/s)以模拟mm级以下空间碎片撞击效应的地面试验装置。为了提高微粒速度,需要增加等离子体的动量,而等离子体的动量与工作气体的性质及定向速度密切相关。文章用数值模拟及解析计算等理论方法来探索等离子体轴向速度、密度和温度与放电条件、加速电极参数和工作气体之间的关系。通过研究等离子体束与微粒间相互作用的动力学行为,寻求优化试验装置效率的有效途径。

经皮胸穿活检的临床应用及并发症探讨

目的探讨在CT引导下应用半自动同轴活检枪对胸部占位性病变经皮穿刺活检的临床可行性及安全性。方法56例胸部占位性病变的患者,采用半自动同轴活检枪在CT引导下行经皮穿刺活检术并送病理检查,统计穿刺活检的成功率及病理检查结果;术后行CT扫描,统计穿刺活检的并发症及穿刺活检的安全性。结果半自动同轴活检枪穿刺活检的成功率为92.9%(52/56);病理检查结果:穿刺成功的52例患者中,腺癌18例、鳞癌10例、小细胞癌9例、淋巴瘤2例、胸腺瘤2例、转移癌8例、真菌感染1例、肉芽肿性炎2例;穿刺活检的并发症:合并出血和或咯血的发生率32%(18/56)、气胸发生率19.6%(11/56)、死亡率1.8%(1/56);未发生穿刺点感染、针道种植转移等其他并发症。结论半自动同轴活检枪在CT引导下对胸部占位性病变经皮穿刺活检术是一种创伤小、相对安全、确诊率高的诊断方法,可在胸部占位性疾病临床诊断中广泛推广应用。

浅谈CT引导经皮肝穿刺活检的临床应用价值

目的:探讨分析CT引导经皮肝穿刺活检的临床应用价值。方法:选取2005年7月～2012年12间我院收治的接受肝穿刺活检的患者150例作为研究对象,采用一次性同轴自动活检装置对这些患者进行CT引导下经皮肝穿刺活检术,并将所有患者的检查结果及其临床资料进行回顾性的分析。结果:在这150例患者中,穿刺成功的患者有148例,穿刺失败的患者有2例,穿刺的成功率为98.7%,取得明确病理诊断结果的患者有145例,确诊率为96.7%。在这150例患者中,属于原发性肝细胞癌的患者有83例,属于胆管细胞癌的患者有28例,属于肝血管瘤的患者有4例,属于肝脓肿的患者有18例,属于炎性假瘤的患者有1例,属于转移瘤的患者有7例,属于结核的患者有1例,属于肝局灶性结节增生的患者有1例,属于子宫内膜异位的患者有2例,未能得出明确诊断的患者有3例。结论:CT引导下经皮肝穿刺活检术具有定位准确、操作简单易行、损伤小、并发症少等优点,对肝内肿块的穿刺成功率及准确率均较高,是诊断与鉴别诊断肝脏占位性病变的一种简便、安全、可靠的手段,值得在临床上推广应用。