刘帅 史宇昊 林天煜 张永鹏 路志建 杨兰均

(西安交通大学, 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 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

电磁等离子体加速器产生的高密度高速度等离子体射流, 可应用于空间推进[1]、边缘局域模(ELM) 的模拟[2,3]、微粒加速[4-6]、空间等离子体实验室模拟[7-9]以及等离子体射流驱动磁化惯性约束聚变 (PJMIF)[10-12]等领域. 不同的应用背景对等离子体射流的参数要求不同. 例如, 对于ELM模拟, 倾向于密度较低、长度较长的等离子体射流;而对于PJMIF 应用, 倾向于紧凑的高密度等离子体射流. 这就要求电磁等离子体加速器工作在不同的放电模式下.

电磁等离子体加速器有两种常见的工作模式——雪犁模式和爆燃模式[13,14]. 雪犁模式的特征是一个紧凑的等离子体沿加速器轴向运动, 并不断电离和扫掠前方的中性气体, 等离子体具有密度和质量的累积效应. 而在实际电流通道的运动过程中, 存在许多复杂的现象, 如电流泄漏、电流通道倾斜、电流通道粒子泄漏、电极表面阻力等, 这些都会对雪犁模式电磁驱动等离子体过程产生影响[15-17]. 爆燃模式的特征是等离子体在轨道内呈现弥散分布, 轨道内形成一个稳定的、宽范围的电流分布区域; 固定的电离区域会连续不断电离并加速注入的粒子, 形成高速等离子体射流[18]. 爆燃模式由Cheng[19]于1970 年首次实验发现, 并提出了MHD Rankine-Hugoniot 理论解释爆燃模式的物理过程. 近几年, 斯坦福大学、德克萨斯大学进行了许多同……