场反构型无电极洛伦兹力推力器研究进展

场反构型洛伦兹力推力器利用旋转磁场驱动等离子体产生场反构型等离子体团(Filed Reversed Configuration-FRC),并利用洛伦兹力将其加速产生推力。由于该推力器不使用栅极加速,故不存在栅极溅射问题,大大延长推力器工作寿命。该技术借鉴自磁约束核聚变技术,推力密度大、功率扩展性好(MW级),在未来的深空探测和星际航行中具有广泛的应用前景。文章对场反构型洛伦兹力推力器发展现状进行了综述,并对工作原理、计算模型和技术瓶颈问题作了介绍,为中国等离子体推力器技术发展提供参考。

反场构型等离子体中Grad-Shafranov方程的数值解

基于反场构型(field-reversed configuration)渐近理论,编写了反场构型等离子体中二维Grad-Shafranov方程的数值模拟代码,研究了不同拉长形状的反场构型剖面.通过模拟,得到了磁面坐标系中反场构型等离子体压强及梯度分布,同时求解了大拉长比、不同分界面(separatrix)类型的磁通量分布.研究结果表明,等离子体压强梯度随着磁通量呈线性增长,在分界面处发生突变;分界面处的等离子体压强越高,分界面内部的压强会更高,即具有更高的等离子体β值,反映了反场构型较好的约束效果.

反场构型平面薄膜电爆炸等离子体电流通道

Z箍缩负载初始化电流通道的形成建立过程、电流密度分布模式及其演化特征对研究等离子体动力学发展、分析等离子体不稳定性模式、开展磁流体数值模拟工作等具有重要意义.平面薄膜是研究这一问题中具有连续二维结构的理想构型.基于理想无限长平板假设下的反场薄膜-回流柱负载模型,通过理论对电感主导模式下的电流通道建立和演化过程、薄膜平面磁场分布特征和薄膜各部分受力特征进行了计算分析.通过开展对称型与非对称型下的平面薄膜电爆炸实验,以可见光分幅相机记录薄膜等离子体自辐射光分布为主要诊断手段开展了实验验证.结果显示,早期电流的建立与分布符合电感模型预期,薄膜等离子体表现出电流密度边缘聚集和钳状型等离子体发光形态.中后期图像显示发光强区会由薄膜边界向中心位置转移并导致峰状凸起型等离子体发光形态的演化,表明电流分配受等离子体发展影响,边界融蚀等离子体向心汇聚导致电流随之转移,最终造成电流通道的快速切换.

深空探测聚变推进装置技术路线与研究现状综述

聚变推进技术凭借其能量密度大和高比冲等显著优势,在深空探测研究中受到广泛关注。本文介绍了三种前沿聚变推进装置(反场构型感应驱动金属衬层压缩聚变推进探测器、梯度场内爆衬层聚变推进探测器和普林斯顿反场构型直接聚变驱动探测器)的研究进展,从聚变堆设计原理、深空探测任务参数与实验进展等角度,对三种技术路线进行了分析和总结。

高功率等离子体电推进技术研究进展

高功率场反构型等离子体推力器具有高比冲、长寿命、大推力、高功率和高效率的特点,是未来深空探测任务最具竞争力的推进方案之一。针对国内外当前高功率电推力器的技术研究现状,分析了场反构型等离子体推力器的优势。结合场反构型等离子体电推力器的结构和工作原理,梳理了高功率场反构型等离子体的产生、等离子体约束和控制、地面测试设备等关键技术,从性能提升的角度分析了场反构型等离子体推力器的发展趋势,为我国高功率等离子体推力器技术研发提供参考。

无电极洛伦兹力推力器技术发展研究

近年来,为了适应深空探测、载人航天、航天器在轨服务等空间任务的需求,大推力、高比冲、长寿命、高推力密度的高功率电推进技术吸引了众多学者的持续关注.相比于其他类型的高功率电推进技术,无电极洛伦兹力推力器(ELF)在推力密度、推重比等指标上具有明显优势,且从原理上克服了电极烧蚀对高功率电推力器寿命的制约,具有广阔的应用前景.本文针对国内外高功率电推进设备的研究现状,对比ELF推力器研制过程技术途径的异同,详细介绍其各部组件的发展概况,分析研究过程中遇到的问题,提出未来ELF推力器的重点研究方向.

基于箍缩装置的高能量密度物理实验研究进展

基于脉冲功率技术的箍缩装置能够在cm空间尺度和百ns时间尺度产生极端的高温、高压、高密度以及强辐射环境。中物院流体物理研究所在已建成的10 MA级的大型箍缩装置上开展多种负载构型的高能量密度物理实验研究。利用Z箍缩动态黑腔创造出了惯性约束聚变研究所需的高温辐射场;研究了金属箔套筒和固体套筒的内爆动力学特性;利用中低Z材料内爆获得了可观的K壳层线辐射并用于X射线热-力学效应实验研究;磁驱动准等熵加载和冲击加载为材料动态特性研究提供了新的实验能力;采用环形二极管和反射三极管技术的轫致辐射源获得了高剂量(率)的X射线和γ射线;利用磁驱动的径向金属箔模拟了天体物理中恒星射流的形成及其辐射的产生。此外,还介绍了利用反场构型磁化靶聚变装置开展的预加热磁化等离子体靶形成等实验结果。

磁惯性约束聚变:通向聚变能源的新途径

磁约束聚变和惯性约束聚变是两种传统的聚变方式,磁约束聚变的能量增益已经达到得失相当,惯性约束聚变近年来也取得了突破性进展.但传统聚变方式的等离子体参数处于两个极端,相差11个量级,且它们的设施庞大,成本高昂,研发周期很长.磁惯性约束聚变兼具两种传统聚变方案的特点,其等离子体参数介于它们之间,同时由于其成本低廉,设施小型化,研发周期相对较短等优势,因此具有潜在的商业价值,近年来成为国际上比较活跃的研究领域.本文将详细介绍磁惯性约束聚变的特点以及该领域的最新进展.