低杂波注入对剥离气球模的作用

基于BOUT++代码研究了托卡马克高约束模等离子体中低杂波(LHW)注入对边缘台基区剥离气球模(P-B模)线性和非线性特性的影响.模拟中分别考虑了LHW驱动的常规主等离子体电流和刮削层螺旋电流丝(HCF)产生三维扰动磁场对P-B模的作用.线性结果表明,LHW驱动的主等离子体电流通过降低平衡的归一化压强梯度和磁剪切,使得线性环向模谱整体向高模数和低增长率的方向移动.非线性模拟表明,由于线性模谱的展宽,LHW驱动的主等离子体电流对P-B模不同模式具有整体的抑制效果,可以降低边缘局域模(ELM)造成的台基能量损失;LHW驱动HCF产生的三维扰动磁场可以通过增强不同模式之间的耦合,促进主模之外的其他模式增长来降低ELM造成的能量损失.研究发现,HCF产生的三维扰动磁场促进增长的P-B模式集中在较高模数,当P-B模的主导模式远离此模数区间,ELM能量损失降低更明显.研究结果有助于深入理解LHW控制ELM实验中的物理机制.

HL-2A等离子体垂直振荡缓解边缘局域模实验观测

在HL-2A装置实验中,通过对水平场加入方波扰动,实现了等离子体垂直运动。当等离子体向上垂直运动时,观察到了边缘局域模(ELM)缓解现象。研究发现,等离子体向上运动过程中边缘不断形成新的闭合磁面,导致等离子体体积膨胀,进而使台基宽度增加。此外,ELM缓解期间杂质和工作气体再循环有所增加。等离子体向上运动过程中体积膨胀、工作气体再循环及杂质增加可能是导致ELM缓解的主要物理因素。该实验可为未来聚变实验装置ELM的控制提供一些参考。

利用灰度掩膜光刻技术制备螺旋相位片

螺旋相位片(Spiral phase plate简称SPP)是产生轨道角动量光束的一种重要光学器件,在光束调控、量子信息等领域有着重要应用.本文提出了一种基于计算机打印灰度掩膜的螺旋相位片的加工方法,详细讨论了SPP设计方法和光刻工艺,并实验制作了拓扑电荷为3的螺旋相位片,利用马赫-策德尔干涉仪实验对SPP产生涡旋光束进行了检测,获得良好的螺旋相位干涉图.本文的研究结果为低成本、高质量、高效率的螺旋相位片加工技术提供了一种有用途径.

超电阻对气球模线性不稳定性影响的理论研究

在磁约束聚变等离子体中,本文将超电阻引入气球模模型,采用解析理论的方法研究其对气球模线性不稳定性的影响.推导了包含超电阻、电阻和抗磁效应的非理想气球模本征方程,分析不同条件下超电阻对气球模的作用.结果表明,超电阻会增强气球模的不稳定性,其物理机制是超电阻导致的电流扩散效应使得磁力线弯曲项对气球模的稳定作用减弱;超电阻与电阻对气球模的去稳效应存在竞争关系,当超电阻与电阻的比值较大时,超电阻的作用占主导,反则反之.超电阻的去稳效应随着环向模数增加而增强,当环向模数大于某阈值时,超电阻会使原本稳定的气球模变得不稳定,且该阈值与超电阻和电阻的比值成反比.研究结果对未来聚变堆中低碰撞率边缘等离子体中的输运改善和边缘局域模控制具有重要参考价值.

可重构的硅基等离子体通道的辐射性能研究

表面PIN二极管导通时可以形成固态硅基等离子体通道,这种通道具有类金属性并能够传递电磁波.当由上述通道单元耦合形成特定的结构时,它将对外辐射电磁波信号.本文简要阐述了此种通道的形成机理,通过软件设计并导通表面PIN二极管阵列上不同单元,构造形成单极、双频、八木天线等结构.期望通过以上不同结构实现对硅基等离子体通道辐射性能的研究.仿真结果表明,利用动态调控表面PIN二极管阵列的方法,硅基等离子体通道能够实现对电磁波的辐射,并能改变辐射频率、多频段的调节及辐射方向图的动态可重构等.因此,硅基等离子体阵列天线具有可重构、智能化、隐身等诸多优点.这些系统的理论研究进一步促进了人们对硅基固体等离子通道的理解,为此类天线的设计和加工提供理论指导.

电子束-等离子体系统激发太赫兹辐射的研究

电子束-等离子体系统是一种新型的高功率太赫兹源。本文综合评论了国内外对于该系统的一系列理论、仿真以及实验研究成果,全面地展示了该领域的研究状况。总结了该系统工作在太赫兹波段时的主要特征和优势,并根据不同的工作机理,对基于该系统的多种太赫兹源方案进行了分类介绍。最后对未来的发展方向以及关键问题进行了展望,为此类新型高功率太赫兹源的开发提出了建议。

托卡马克等离子体中共振磁扰动场放大效应对离子轨道特性的作用

首先,利用MARS-F程序模拟了HL-2A装置中不同电阻率、环向旋转频率和环向模数条件下等离子体对共振磁扰动(RMP)的线性响应过程,分析了不同情况下共振场放大效应对三维扰动磁场的影响;然后,利用Boris算法追踪了三维场作用下的离子轨道,并详细探究了不同扰动磁场改变离子轨道特性的物理机制.研究发现,考虑等离子体响应后的扰动磁场可增强离子轨道径向展宽,且轨道最大径向展宽随轨道上扰动磁场平均值的增大而增大;同时,离子在通过扰动磁场被强烈放大的区域时轨道径向展宽会显著增加.该物理机制可用于解释RMP缓解边界局域模实验中离子直接损失增加和等离子体径向输运增强现象.

HL-2A中环向旋转影响等离子体对共振磁扰动的响应过程

利用MARS-F代码在HL-2A装置下模拟等离子体对共振磁扰动的线性响应过程,研究了等离子体旋转频率对响应的影响.研究发现,扰动场在有理面上的屏蔽效应在旋转频率较大时随旋转增大而增强,但在旋转频率较小时电阻导致的屏蔽效果最强处较有理面的偏移会影响这一规律;扰动场在非有理面上的放大效应主要由芯部扭曲响应引起,且同时与等离子体旋转频率和电阻密切相关.

氖原子对2000 eV X射线激光透明的产生机制

X射线自由电子激光与物质相互作用时出现了X射线透明现象,研究X射线透明现象的产生机制对理解X射线自由电子激光与物质相互作用过程具有重要参考价值.本文基于FAC(Flexible Atomic Code)程序计算的氖原子(离子)对2000 eV X射线的光电离截面和俄歇衰变速率,确定了不同通量密度下氖原子的主要电离方式;通过建立和解速率方程,得到了确定的电离方式中氖元素各电子组态数目比例随时间变化的公式,计算了氖原子在通量密度为2000和10000?^(-2)·fs^(-1)、持续时间为20 fs、光子能量为2000 eV的X射线激光照射下,任意时刻各主要电子组态的原子数目比例和总的氖原子平均光电离截面.建立了价电子完整的空心原子的数目比例随通量密度和曝光时间变化的公式.发现裸核和空心原子都会导致X射线透明,且选择恰当的通量密度和脉冲持续时间可以使价电子完整的空心原子数目比例达到极高.

稠密等离子体中类锂铝的原子结构研究

等离子体中原子结构的研究对于等离子体诊断和天文学观测有着非常重要的参考价值.本文采用MCDF方法结合离子球模型研究了稠密等离子体对类锂铝离子的能级和跃迁参量(跃迁能、跃迁几率和振子强度)的影响情况.随着等离子体屏蔽强度的不断增强,上述原子结构参量变化如下:1s22p (2 P_(1/2,3/2))的能级不断升高,但1s23s(2S1/2)、1s23p (2 P_(1/2,3/2))和1s23d(2 D3/2,5/2)的能级却不断降低;不同主量子数间的跃迁对应的跃迁参量均不断减小;除了1s23s(2S1/2)-1s23p(2P_(1/2,3/2))间的跃迁外,同一主量子数间的跃迁对应的跃迁参量均不断增大;1s23s(2S1/2)-1s23p(2P_(1/2,3/2))的跃迁参量均先增大后减小;在跃迁的精细结构中,ΔJ=1对应的跃迁几率和振子强度较大,而ΔJ=0的则相对较小.

激光辐照固体靶产生等离子体反冲研究

提出一种通过诊断等离子体反冲动量来计算激光加载产生冲击压强的方法.当强激光辐照固体靶表面时,所产生的高速喷射的等离子体对靶具有反冲作用,通过诊断等离子体反冲动量的变化可以计算激光辐照固体靶产生的冲击压强变化.本文利用辐射流体力学软件研究了这种诊断方法,模拟采用的激光功率密度为5×10^(12)—5×10^(13)W/cm^2,激光脉宽选取纳秒量级.模拟结果表明该方法是有效且可行的.

锑烯纳米结构等离激元的第一性原理研究

利用含时密度泛函理论(time-dependent density functional theory(TDDFT)),研究了锑烯纳米结构表面等离激元的激发特性,并给出了微扰场沿着扶手椅边界和Z字边界激发时锑烯纳米结构的吸收光谱.结果表明沿不同的方向激发,吸收光谱不同.距锑烯纳米结构表面0.9处的能量共振点的电荷密度分布表明,在低能共振区,等离激元共振属于键合二聚体的等离激元模式(BDP).

有机半导体/金属杂化纳米结构中的强耦合相互作用及超快动力学特性

有源表面等离光子学(active plasmonics)是目前表面等离子体光子学研究的一个重要分支,其基本思想是利用―增益‖物质和纳米金属结构相结合形成杂化金属纳米结构,从而克服表面等离子体激元(surface plasmon polariton,SPP)的耗散问题以及实现对SPP光子的外部操作和调制。本文主要针对有机半导体/金属杂化纳米结构,介绍其相关研究结果。结合色散补偿的光谱相干法和超快泵浦-探测瞬态光谱测量技术,分析了J-凝聚/光栅杂化金属纳米结构的静态和瞬态光学特性,揭示了X-SPP的强耦合过程中的相干和非相干相互作用通道,杂化能态的sub/super-radiance现象,以及有机半导体染料中的激子和SPP之间的瞬态相干能量交换过程:―拉比‖振荡。实现了10 fs量级的SPP光学特性的外部相干调制。

飞秒激光辐照CuZr非晶合金损伤动力学研究

采用考虑了电子压强梯度的双温分子动力学方法,研究了纳米CuZr非晶合金薄膜在脉宽为100fs,能量密度为0.08~0.16J/cm^2的飞秒激光辐照下的烧蚀动力学过程.结果表明,低能量密度下,电子压强梯度对靶材的结构损伤过程影响很小.高能量密度下,电子压强梯度对靶材内部的电子温度和晶格温度演化场产生了显著的影响,CuZr非晶合金薄膜的结构存在皮秒量级的由电子压强梯度诱导的非热烧蚀过程,并且随着能流密度的增大,这一超快的非热烧蚀过程在时间尺度上会得到提前.

德拜模型和自洽场离子球模型屏蔽效应的比较

本文分别用德拜模型和自洽场离子球模型研究了等离子体中类氦铝离子1snp[n=2-3](1P1)原子态的能级移动量随电子密度的变化规律,并对二者所计算的能级移动量进行了比较.结果表明:能级移动量随着耦合强度的增大而增大;当耦合强度为一定值时,能级移动量随着电子密度的升高而增大.当电子密度小于1.0×10^23 cm^-3时,不同耦合强度下德拜模型和自洽场离子球模型所计算的能级移动量几乎是相同的.当电子密度大于1.0×10^23 cm^-3时,随着耦合强度的增大,1s2p(1P1)原子态的德拜模型的能级移动量由小于自洽场离子球模型的能级移动量,逐渐转变为大于自洽场离子球模型的能级移动量;1s3p(1P1)原子态的德拜模型的能级移动量始终小于自洽场离子球模型的能级移动量.

基于等离子体电子枪的束-等离子体系统研究

采用PIC模拟研究了基于等离子体电子枪的小型化束-等离子体系统,探索了等离子体电子枪发射电流随加速电压、阴极等离子体密度、电子束通道半径以及电子束通道长度的变化规律,展示了电子束在高密度等离子体中的聚焦传输行为。

大腔体静高压技术的发展及应用

大腔体静高压技术在现代工业和高压科学研究中具有基础性的重要意义,已被广泛应用于工业和科研领域,如超硬材料的合成、凝聚态物质在高温高压极端条件下的行为与物性研究等。经过逾半个世纪的不懈努力,以国产铰链式六面顶压机为代表的大腔体静高压技术与设备取得了长足的发展和丰硕的成果,改变了长期以来我国大腔体静高压技术落后于国外的局面。文章以四川大学高压科学与技术实验室为例,对我国大腔体静高压技术及装置从起步研制到世界领先的发展历程和技术特点进行了介绍。同时,基于典型大腔体静高压技术、装置及主要应用,展望了我国相关领域的发展前景。

电磁波在磁化非均匀等离子体中传播的O-X模式转换

研究了电磁波在磁化非均匀等离子体传播过程中的寻常模(O模)与非寻常模(X模)的转换机制和传播特征。研究表明,导致O模与X模发生转化的根本原因是,电磁波的O模与X模的电场极化不断随等离子体密度、磁场以及波与磁场夹角的变化而变化,从而导致O模在接近截止层的区域可以完全蜕变为X模的电场极化特征,发生所谓O-X模式转换。此外,在不均匀等离子体中电磁波的O-X模式转化是一渐变过程,且在截止层以后电磁波仍能够以X模传播。因此,等离子体对电磁波具有屏蔽作用并不是普适的。

光在有机太阳能电池中的约束与捕获

有机太阳能电池吸光活性层的电学传输特性和光学吸收特性不匹配,是制约其能量转换效率提升的主要原因之一。采用陷光结构操纵入射光波,提升电池对光的约束和捕获能力以达到"电学薄"和"光学厚"的等效作用,是解决有机太阳能电池光电矛盾的有效手段。从光学和电学的双重视角考察了单结有机太阳能电池的运行机理,详细讨论了等离子体、光子晶体等各类结构的陷光原理与特点,展望了有机太阳能电池陷光结构的发展趋势,有助于拓展其设计思路和理解下一代太阳能电池的先进光学管理理念。

动态聚焦中小焦斑的波前判据

在直接驱动中,由于靶丸在内爆过程中不断压缩变小,激光束的初始焦斑与压缩后的靶丸不再匹配,导致能量从靶丸边缘流失.光学动态聚焦是指在靶丸压缩变小的过程中,动态减小辐照焦斑的尺寸,这对提高光束与靶丸的耦合效率有着非常重要的意义.靶丸压缩后期小焦斑的实现条件是解决光学动态聚焦的首要问题.根据光的全频段传输规律,本文采用构造低频和中高频波前畸变源的方法,在不同目标焦斑的束匀滑条件下,分别给出了小焦斑尺寸与低频波前、中高频波前的定标关系,作为小焦斑实现方式的波前判据.根据波前判据即可找出要实现不同的小焦斑需对低频和中高频波前畸变矫正控制的范围.