工作參數對平行軌道加速器放電模式的影響*

劉帥 史宇昊 林天煜 張永鵬 路志建 楊蘭均

(西安交通大學, 電力設備電氣絕緣國家重點實驗室, 西安 710049)

(2021 年3 月12 日收到; 2021 年6 月5 日收到修改稿)

1 引 言

電磁等離子體加速器產生的高密度高速度等離子體射流, 可應用于空間推進[1]、邊緣局域模(ELM) 的模擬[2,3]、微粒加速[4-6]、空間等離子體實驗室模擬[7-9]以及等離子體射流驅動磁化慣性約束聚變 (PJMIF)[10-12]等領域. 不同的應用背景對等離子體射流的參數要求不同. 例如, 對于ELM模擬, 傾向于密度較低、長度較長的等離子體射流;而對于PJMIF 應用, 傾向于緊湊的高密度等離子體射流. 這就要求電磁等離子體加速器工作在不同的放電模式下.

電磁等離子體加速器有兩種常見的工作模式——雪犁模式和爆燃模式[13,14]. 雪犁模式的特征是一個緊湊的等離子體沿加速器軸向運動, 并不斷電離和掃掠前方的中性氣體, 等離子體具有密度和質量的累積效應. 而在實際電流通道的運動過程中, 存在許多復雜的現象, 如電流泄漏、電流通道傾斜、電流通道粒子泄漏、電極表面阻力等, 這些都會對雪犁模式電磁驅動等離子體過程產生影響[15-17]. 爆燃模式的特征是等離子體在軌道內呈現彌散分布, 軌道內形成一個穩定的、寬范圍的電流分布區域; 固定的電離區域會連續不斷電離并加速注入的粒子, 形成高速等離子體射流[18]. 爆燃模式由Cheng[19]于1970 年首次實驗發現, 并提出了MHD Rankine-Hugoniot 理論解釋爆燃模式的物理過程. 近幾年, 斯坦福大學、德克薩斯大學進行了許多同……