喷气z箍缩动力学过程物理机制的等离子体粒子模拟研究

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1、万方数据分类号UDC密级编号中国工程物理研究院硕士学位论文堕气Z箍缩动力学过程物理机制的等离子体粒子模拟研究指导教师丰志兴宁成研究员j蟓应用物理与计算数学研究所申请学位级别一亟±学科专业名称等离子体物理论文提交日期兰鲤垒年明论文答辩日期2014年6月培养单位学位授予单位堂国工程物理研究院研究生部中国工程物理研究院答辩委员会主席郑春阳研究员万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他

2、教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做得任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示谢意。签名：主鲨日期：们№．6．印学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交国家有关部门或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可以将学位论文全部或部分编入有关数据库进行检索，可以影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。作者签名：芏鲨日期：∞№．6。Q导师签名：备戈．、、日期：D2刀，妒．多．舻万方数据摘要本文从喷气Z箍缩装置的工作原理出发，建立了喷气Z箍

3、缩动力学过程的二维柱坐标系下等离子体粒子模拟的物理模型，给出了模型的初边值条件。对粒子模拟算法做了详细的介绍，并且据此编写了模拟程序。对低电流驱动下的稀薄喷气Z箍缩动力学过程进行了等离子体粒子模拟计算，得到了许多微观的Z箍缩物理信息，如负载中的电流(密度)、电磁场、粒子位置和密度的时空演化，以及总的Z箍缩拖尾质量和拖尾电流、粒子能量概率分布等信息。计算得到的离子的质心位置随时间的箍缩轨迹与雪耙模型的内爆箍缩轨迹基本相同，模拟得到的等离子体电流随时间的变化反映出了等离子体箍缩到心和反弹的过程特征，磁场随径向的变化与长直导线电流给出的磁场很接近；粒子箍缩到轴心

4、附近时，电子和离子的能量空间分布都变得不均匀，有热斑形成，它们随能量的概率分布仍然具有麦克斯韦分布的特征，但随着箍缩的进行，最可几能量增大，较高能粒子数增加；箍缩到心时电子能量分布在lOkeV。30keV范围内，而离子能量分布在lkeV一4keV范围内，电子能量比离子能量高一个数量级左右；在径向上，电子所受到的电场力和磁场力(洛伦兹力)是相当的，而离子所受到的力主要是电场力；电子首先在Z方向加速，然后在自身运动产生电流的磁场的作用下向轴心箍缩，而离子是在电子和离子电荷分离所产生的电场力的作用下向轴心运动；在压缩到轴心附近时，电子首先因静电排斥而飞散，而离子

5、则在惯性的作用下继续向轴心箍缩，而后滞止飞散；Z箍缩等离子体的拖尾质量在20％左右，拖尾电流最大时在7％左右。关键词：喷气Z箍缩，粒子模拟，粒子受力，拖尾等离子体，粒子能量概率分布万方数据AbstractThephysicalInodelforgas—puffZ—pinchintwo—dimensionalcylindricalcoor—dinatesarebuildingaccordingtotheprincipleofgas—puffZ—pinch．Numericalalgorithmofparticle—in—cell(PIC)simulationf

6、orgas—puffZ-pinchareintroducedindetail，andaPICsimulationcodewasalsodevelopedaccordingtothemodelandalgorithm．Alightgas—puffZ—pinchdrivenbyalowcurrenthasbeensim-ulatedthroughthecode，andsomereasonableresultsareobtained．Theresultsincludethespatic卜temporaldistributionsofcurrent，electro

7、magneticfield，parti—clepositionsanddensity，aswellasthetrailingmassandcurrent，andparticleenergyprobabilitydistributions．Thetrajectoryofthemasscenterofparticlesisclosetothatofgas—puffZ—pinch，whichispresentedbythesnow—ploughmodel．Thesimulatedcurren—treflectstheplasmaZ—pinchcharacteri

8、stics．andthesimulatedmagneticfiel