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邊界條件和流動(dòng)對(duì)圓柱形等離子體柱中扭結(jié)不穩(wěn)定性的影響
（論文部分內(nèi)容摘抄）
在線性等離子體柱中，對(duì)扭轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，其中一端與等離子源線性連接，另一端沒(méi)有線性連接因而可以自由地滑過(guò)端板表面。后一種邊界條件是等離子體鞘電阻的結(jié)果，該等離子體內(nèi)至少部分地將等離子與端板隔絕。當(dāng)?shù)入x子體電流超過(guò)閾值時(shí)，觀察到螺旋m=1扭轉(zhuǎn)模生長(zhǎng)，接近臨界值時(shí)，其特征為在自由軸邊界處具有比較大位移的軸向結(jié)構(gòu)。觀察到模式的方位旋轉(zhuǎn)，從而螺旋扭曲的柱子總是螺旋進(jìn)入自由的軸向邊界。新的扭轉(zhuǎn)理論精確地重現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)模式的結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)頻率和不穩(wěn)定值等。其包括軸向等離子體流和等離子體柱的一端，由于經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的完美非線束縛邊界條件而自由移動(dòng)。簡(jiǎn)要回顧了扭轉(zhuǎn)理論及其對(duì)與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的邊界條件的預(yù)測(cè)。
電流驅(qū)動(dòng)的扭結(jié)不穩(wěn)定性是一種磁流動(dòng)力學(xué)(MHD)不穩(wěn)定性，它影響著自然界和實(shí)驗(yàn)室的載流等離子體。此實(shí)驗(yàn)學(xué)者是確定與太陽(yáng)細(xì)絲爆發(fā)的扭結(jié)磁繩動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)室人員認(rèn)為，MHD扭曲不穩(wěn)定性發(fā)生在太陽(yáng)磁通繩上，這會(huì)擾亂產(chǎn)生扭曲的磁云穿過(guò)太陽(yáng)系。對(duì)天體物理噴流的MHD模型來(lái)說(shuō)，扭結(jié)的產(chǎn)生非常重要，經(jīng)常被用來(lái)解釋同步輻射中扭結(jié)結(jié)構(gòu)的觀測(cè)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)室人員中也觀察到MHD扭結(jié)模式和托卡馬克等離子體，形成期間被認(rèn)為是介導(dǎo)環(huán)向極向磁通的轉(zhuǎn)換。在應(yīng)用的場(chǎng)磁等離子體推進(jìn)器中，扭轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性似乎會(huì)惡化推進(jìn)器在高電流時(shí)的性能，抑制這種不穩(wěn)定性的方法非?？扇?。
可見(jiàn)光圖像由等離子體柱發(fā)射的信號(hào)是（德國(guó)Excelitas PCO 公司的PCO.dicam）像增強(qiáng)型相機(jī)，提供兩個(gè)12位圖像，每個(gè)分辨率為1280x1024像素。兩種地質(zhì)學(xué)布置是可能的。所述視角是端向所述腔室，允許對(duì)所述柱進(jìn)行全局視圖;(B)靠近外部陽(yáng)極的橫向視圖，用于精確測(cè)量柱在其表面上的位移。使用原位探針的已知尺寸來(lái)完成每厘米像素的校準(zhǔn)。在目前的實(shí)驗(yàn)中，與相機(jī)集成時(shí)間(40-200 ns)相比，時(shí)間估計(jì)稍長(zhǎng)(>1us)，因此圖像很可能精確地解析等離子體動(dòng)力學(xué)。對(duì)于我們的等離子體條件，H發(fā)射、等離子體內(nèi)的密度和電流密度分布大致相似，可見(jiàn)發(fā)射和確定血漿柱的位置。
從外部陽(yáng)極附近的側(cè)面觀察可見(jiàn)光發(fā)射的快速照相機(jī)圖像。當(dāng)?shù)入x子從右向左射擊時(shí)，可見(jiàn)發(fā)射的快速門(mén)控圖像顯示(a)均衡和(b)等離子體在旋轉(zhuǎn)期間的移位位置。(c)沿著與外部陽(yáng)極平行的視線，在外部陽(yáng)極前方軸向間隔1厘米的可見(jiàn)光發(fā)射率剖面。
在扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)的非線性階段，非線性束縛端的作用應(yīng)該是重要的。對(duì)于松弛扭轉(zhuǎn)等離子體，由于軸向場(chǎng)線彎曲，破壞穩(wěn)定的JoxB2力與穩(wěn)定的曲率力共存。自由端BC允許位移，彎曲和恢復(fù)力減小，這可能會(huì)導(dǎo)致與線系情況相比更大水平飽和的螺旋狀態(tài)。對(duì)于略微超臨界的情況，可以用弱非線性理論來(lái)檢驗(yàn)。但包括等離子體流動(dòng)和鞘電阻的影響。近期已經(jīng)模擬了完全非線性扭結(jié)模式。使用基于標(biāo)準(zhǔn)電阻MHD模型的FLIP3D-MHD.仿真結(jié)果證實(shí)了目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論工作，表明自由端焊劑繩更容易受到扭結(jié)不穩(wěn)定性的影響。
德國(guó)Excelitas PCO 公司的pco.dicam相機(jī)，具備高分辨率、高感光度、快速幀重復(fù)率、精確捕捉超快速過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)，將可實(shí)現(xiàn)高效的單光子檢測(cè)，為實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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