往复走丝电火花线切割加工放电通道等离子体的观测研究

通过实验直接观测电火花加工放电通道等离子体的物理现象,对分析其微观过程和机理具有重要意义。往复走丝电火花线切割加工过程中电极丝与工件之间的相对移动速度较大,其放电通道等离子体的发展过程与传统电火花加工有一定差异。利用高速摄像技术,对往复走丝电火花线切割加工单脉冲放电过程中的放电通道等离子体进行观测研究。结果表明:在脉冲放电过程中,放电通道等离子体沿着工件表面持续滑移,滑移方向与电极丝移动方向一致;脉冲放电期间有大量金属蒸气被抛出,脉冲结束阶段有大量熔融金属被抛出;金属蒸气与熔融金属的抛出方向主要沿着电子运动方向,该现象表明材料去除主要为电子对工件材料的蚀除作用。

脉冲放电破岩等离子体通道长度预测方法

针对高压脉冲放电破岩电弧等离子体通道长度难以预测的问题,构建了高压脉冲放电破岩综合试验平台,测量了花岗岩-自来水组合介质下电弧等离子体通道发展特性及典型电流、电压参数,提取了不同电极间距和脉冲放电次数下岩石表面形成的破碎区域。基于能量平衡方程建立了岩石中电弧等离子体通道的阻抗模型,采用迭代优化算法获取阻抗模型参数的近似最优解,模型计算结果与试验结果的相对误差小于7%。基于优化参数,利用实测电流电压数据预测了等离子体通道的长度。模型预测的等离子体通道长度与实测值的绝对误差均处于毫米量级,且两者的相对误差小于10%,为高压脉冲放电破岩系统电源-电极负载的匹配设计提供了理论支撑。

一种新型等离子体通道的时变电阻模型

为了准确分析水下放电过程中等离子体通道电阻的实际变化规律,进而更精确地计算通道沉积能量、电声转换效率等物理量,首先基于水下放电的等离子体通道电阻的“U”型曲线,构建了一种时变电阻函数,通过数据拟合的方式,确定了函数中的参数;然后,将时变电阻函数代入到以通道电流为变量的二阶变系数微分方程中,通过龙格-库塔数值算法得到通道电流的数值解;最后,使用改进的余弦相似度作为评价指标,比较了仿真电流与实测电流的差异。结果表明:仿真电流与实测电流吻合度高,验证了时变电阻模型的有效性。

利用均匀密度等离子体通道加速质子的辐射压力增强方案

提出了辐射压力加速与激光尾波场加速相结合的高能质子加速方案.该方案中在临界密度薄靶后端增加一个均匀密度等离子体通道获得了峰值能量为22.2 GeV、截止能量为36.4 GeV和电荷量为0.67 nC的高能质子束,与质子在纯辐射压力加速中相比,其高能质子的截止能量可以提升2个数量级.结果证实了通过在近临界密度薄靶后面连接一个均匀密度等离子体通道,等离子体通道中激光激发的尾波场可以捕获经辐射压力过程预加速的质子并维持长时间的加速,最终获得高能质子,本文还研究了不同均匀密度等离子体通道中质子的加速情况,发现密度越高,则被加速质子的峰值能量和截止能量越高,电荷量也越大.该组合加速方案对高能质子束的产生与应用具有一定的指导意义.

基于分形理论的雷电冲击土体等离子体通道发展研究

等离子体通道对岩土体破坏过程具有内动力作用,针对雷电冲击岩土体后的等离子体通道发展进行研究,从电击穿的角度构建岩土体击穿通道的随机概率模型,采用拉普拉斯方程计算电场,引入分形理论计算发展概率,得到等离子体通道路径模拟图。采用盒维数法计算分形维数来反映等离子体通道发展情况,分析了土体电阻率、雷电流幅值及内部电压降对分形维数的影响规律。结果表明:随着土体电阻率增大,分形维数逐渐减小;随着雷电流幅值增大,分形维数逐渐增大;随着土体内部电压降增大,分形维数逐渐增大,且在土体电阻率越小时,分形维数变化越显著。研究证明,运用二维图像方式直观表现出岩土体内等离子体通道发展,并利用分形几何定量描述岩土体内等离子体通道的发展规律,有助于预测岩土体破坏过程的发展,便于进一步研究岩土体电击穿的物理本质。

高功率脉冲氙灯中的等离子体放电通道

研究了高功率脉冲氙灯放电过程中等离子体通道的演化规律。分析了充电电压、主脉冲脉宽及主预脉冲时间间隔等对等离子体通道的影响规律。实验过程中在脉冲氙灯接地端子附近观察到了明显的等离子体通道分叉现象。研究发现,脉冲氙灯工作环境中的电场分布对氙灯内等离子体通道的形成与演化特性将产生十分重要的影响,其决定了等离子体通道的形态。其他影响因素则通过改变放电通道的亮度、均匀度与充盈度等特征施加其影响。

飞秒激光等离子体通道传导能量特性的研究进展

基于强飞秒激光诱导等离子体通道的基本性质,分析了等离子体通道在传导电能和射频电磁能时的一些基本问题。综述了飞秒激光等离子体通道传输电能和电磁能方面的新概念和新技术,重点描述了该领域近几年所取得的一些理论及应用的最新成果。最后,展望了飞秒激光等离子体通道在传导能量技术领域中的发展趋势。

空气中飞秒激光自聚焦等离子体通道的电导特性

通过电学探测法,采用不同焦距的聚焦透镜,在不同激光能量、不同极性外加电压的条件下,对大气中的飞秒激光自聚焦等离子体电离通道特性进行了实验研究。发现激光脉冲经不同焦距的聚焦透镜作用后均存在较长的电离通道,通道的等效电阻率有所变化,通常电阻率的最大值出现在透镜的几何焦点附近,并且焦距越长,此电阻率的局部峰值点离几何焦点位置越近。在外加不同极性电压时,自由电子受到所加静电场作用力、洛仑兹力以及有质动力的共同作用。焦点前,通道电流变化不明显,加正向电压产生的电流略微大于加负向电压时的电流;焦点后则是加负向电压产生的电流大于加正向电压时的电流。

对超短脉冲激光引雷产生的等离子体通道的特性分析

利用隧道电离诱导闪电模型 ,对超短脉冲激光在大气中产生弱等离子体通道的电阻和阈值强度进行了分析和计算。结果显示 :强度为 1 0 14 W/cm2量级的超短脉冲激光产生的气体等离子体通道有较好的导电性 ,所需激光能量很小 ,说明在该模型下激光能量的利用效率很高。

q-高斯激光束在预等离子体通道中的孤立波

利用变分法研究了q-高斯激光束在抛物预等离子体通道中传播的电磁孤立波,并与高斯激光的电磁孤立波进行了对比.结果表明:q-高斯激光束在抛物预等离子体通道中有两种电磁孤立波解,即聚焦电磁孤立波解和散焦电磁孤立波解.在相同的激光振幅和同一等离子体背景下,低q值激光束的聚焦电磁孤立波的振幅较大,数值稳定性较差,而散焦电磁孤立波与之相反.

野外环境下太瓦飞秒激光等离子体通道特性研究

对太瓦(TW)飞秒激光在自然大气中传输时产生的超长等离子体通道的物理性质进行了研究。试验结果证实2 TW飞秒激光在大气中自由传输时实现了2km长的等离子体通道,长距离传输后通道内的等离子体电子密度约为10^11 cm^-3,仍然保持良好的导电性。高压放电试验也证实了有等离子体通道存在,可以将放电电压降低30%,说明激光诱导高压放电的有效性。本次试验研究表明长度为公里量级、长寿命大气等离子体通道的实现是可行的,将为激光引雷、大气监测、人工干预气候等实用化应用扫清技术上的障碍。

Compton散射强光子流在等离子体通道中的传输特性

给出了冷等离子体中高阶相对论下多光子非线性Compton散射的光子流在等离子体通道中的传输方程,研究了高阶相对论效应对散射光子流传输的影响。在近轴近似下,散射强光子流依然有较浅的“势阱”方程。当散射强光子流强度较大时,高阶相对论效应变得更加重要:它减小了散射光束宽的振荡幅度,同时加快了散射光束宽的振荡速度。当散射强光子流功率大于或等于相对论临界功率时,高阶相对论效应避免了散射强光子流强度随传输距离出现无限大的奇异性。给出了散射强光子流的平衡解存在的条件。

等离子体通道天线的辐射场计算

提出了一种用于高功率微波武器的等离子体通道天线(PCA),计算了该天线的辐射方向图。推导出了一般性天线的辐射方向函数;建立了PCA的近似电磁模型;给出了圆坐标系下PCA和周围空气中的电磁场,利用边界条件得出了PCA的色散方程,求出PCA的表面波波矢。重点讨论了PCA的辐射场随等离子体密度、天线长度、半径的变化,证实了PCA方向图的可控性。

激光等离子体通道天线的色散特性研究

分析了激光等离子体通道周围为有耗气体媒质时激光等离子体通道天线(LPCA)所传播一般模式的色散特性。建立了LPCA的电磁模型,推导出广义柱坐标系下纵向分量所满足的波动方程和纵向场与横向场的关系,得到激光等离子体通道和周围媒质中的电磁场,利用边界条件导出了LPCA最严格的特征方程,重点讨论了传播常数随等离子体参数和周围介质参数的变化。分析结果表明,通过控制等离子体的频率可以达到控制LPCA色散特性的目的。

基于泵浦脉冲诱导等离子体通道的空心光束产生

利用飞秒脉冲诱导生成的具有渐变折射率分布的等离子体通道产生空心光束.当飞秒脉冲在非线性介质中传输时将电离产生等离子体通道,该等离子体通道具有渐变的折射率分布,等离子体通道中激光束只能在电子密度低于临界等离子体密度的区域传播,故当探测光束在等离子体通道边缘传输时将偏转形成空心光束.当泵浦光束功率为8mW时,探测光束转变为典型的空心光束结构;当泵浦光束的入射功率、重复率或等离子体通道中轴向电子密度改变时,等离子体通道中可供探测光束通过的区域将随之发生改变,这将导致空心光束中黑斑的面积发生变化.因此通过调节泵浦光束的入射功率和重复率可以控制产生空心光束的黑斑大小.

等离子体通道天线的传播特性分析

文中提出了一种用于高功率微波武器系统的激光等离子体通道天线,简单阐述了该天线的具体实现方法,根据天线的工作原理,建立了等离子体通道天线的近似电磁模型。从柱坐标系下纵向分量所满足的波动方程出发,在柱坐标系中给出了纵向场与横向场的关系,利用边界条件分别导出了非磁化和磁化等离子体通道天线最严格的特征方程,并通过在极限条件下将本文结果与文献已有结果的对比,验证了文中所导结果的正确性和有效性。最后,分别数值计算了非磁化和磁化等离子体通道天线的色散曲线,为该天线的实际应用打下坚实的理论基础。

飞秒激光大气等离子体通道诱导放电技术研究

通过研究飞秒激光在空气中形成等离子体通道的导电特性,提出一种获得长寿命、长距离的等离子体通道的实验方法。研究结果表明,采用飞秒激光脉冲序列电离大气有望获得长寿命、长距离的导电通道,从而为激光等离子体通道诱导放电技术的发展奠定理论和技术基础。

磁化等离子体通道天线中电磁波的色散特性(英文)

针对现有高功率微波武器辐射天线的不足,提出了将磁化等离子体通道用作电磁脉冲辐射天线的思想———磁化等离子体通道天线(MPCA),分析了MPCA周围为有耗气体媒质时MPCA所传播的一般模式.简单阐述了MPCA的具体实现方法,根据MPCA的工作原理,建立了MPCA的几何模型,利用边界条件导出了MPCA最严格的色散方程.重点讨论了传播常数随等离子体参数、周围介质参数和外加磁场的变化.结果表明,有限磁场中的MPCA与无穷大磁场时具有一些不同的传播特性,这些结果对于该天线的实现很有参考价值.

有限磁场中激光等离子体通道天线的传播特性

提出了一种用于辐射高功率微波的各向异性磁化等离子体通道天线(AMPCA),阐述了该天线的具体实现方法,给出了其工作原理,建立了AMPCA的电磁模型。推导了广义柱坐标系下各向异性磁化等离子体中纵向场满足的波动方程,并给出了纵向场与横向场的关系,利用边界条件导出了AMPCA传播模式的特征方程,并在极限条件下,将结果与已有文献进行对比,验证了所推导结果的正确性和有效性。数值计算了AMPCA传播模式的色散曲线。

双通道放电等离子体处理模拟酸性紫红染料废水

采用低温等离子体技术,在自行设计的双通道放电等离子体装置中,对模拟酸性紫红染料废水进行了降解研究。考察了电极距液面间距、液层厚度、初始浓度、pH等因素对酸性紫红废水脱色率的影响。结果显示,电极距液面间距越小,废水脱色率越高;随着液层厚度的增大,相同时间下脱色率降低;随着初始浓度的增大,在相同放电时间下脱色率降低,随着时间的延长,不同浓度的染料废水脱色率都可达到90%以上;pH对脱色率的影响不大。结论表明自行设计的双通道放电等离子体装置对模拟酸性紫红染料废水的脱色率高,同时具有处理时间短、对废水的操作条件较宽、不受pH的限制等优势。