资源描述：
《磁阱中的低温等离子体.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、o,。oN第卷第期物理学报夕YNT年月SSN(,v1980研究简报磁阱中的低温等离子体李家全(西南物理研究所)1979年4月23日收到要,,本文分析了在一个棒镜线圈组合成的磁阱装置中当沿着镜场轴线注人电子束电子束与,等离子体在该磁阱中的行为,中性氢分子碰撞电离产生等离子体时文中也介绍了对这种等离子体进行实验研究的结果.、一引言图1一给出了一个由棒镜线圈组合而成的研究低温等离子体的稳态磁镜装置结构示(,:。,一“,意图装置运行指标是中心磁场B~50高斯极限真空2x10托充氢气时的运行一`;:乡,;真空为2x10托电
2、子束的运行指标为电子束的流强z一20毫安引束电压v~..,1200,;。0伏束半径~5厘米高能电子束与中性氢分子碰撞电离产生等离子体等离子体被约束于磁阱中.磁2,3.阱场形如图所示在注人平面内磁场等强线的形状如图法拉第筒棒场线圈电子枪镜场线圈真空室棒场线圈全寒冬一,一,州.一/}订仪11互坦’’1、`”犷·,土戈币6!「含今丫书l户令俪咯.小八二`二甲翻山一艺不夕七甲!’-十-性】【:1匕}上{}},l匕幸~】不抓,.产}~4落`石二,卜一二一洲`l.}}ll{.一」七.~~~4~.公士军一寸通几七厅户劝一{{)
3、—,万。过{{粉炙、,又矛腾犷散呆图1装置结构示意图图2装置磁场形态示意.现在首先来分析电子束和氢等离子体之间相互作用的情况,大家知道等离子体的朗谬尔振荡频率为。2。,峪~标/m(1)1夕2物理学报2卷朗谬尔频率的增长率为。,二。,n西,2/(),,,。.m为粒子质量。为粒子数密度b为束电子为等离子体中的电子式中脚标脚标,在磁峰距为L的两个磁峰之间朗谬尔频率的增.,,L。。2,为朗谬尔频率增长率。,为束电子长量为/.速度,当,L/,,》1时等离子体的朗谬尔振荡将迅速扩展,电子束和等离子体间将发生契伦科夫效应并使等
4、离子体加热.,当二L/。。蕊1时电子束和等离子体之间不会发生碰撞以外的相互作用.图3,一o平面磁场等强线的形状,:二对于图1所示装置和上述装置运行指标有L/,.,,(1故等离子体为经典的弱电离低温等离子体对于这种等离子体可以采用经典的方法来进行处理.、二子温度等离体的H旦和电子束碰撞电离时的行为决定.等离子体的温度基本上可由中性氢分子设束电子在和H早碰撞前的能量为1。,伴。~—阴夕瓦2,.z:由于电子束轴向飞行其速度只有分量我们再假设,l)电子束的快速电子最多只能和H旦碰撞一次而且碰撞以后束电子仍沿轴向运动:`。
5、,2)H旦被碰撞电离后所产生的离子的能量m:等于电子的能量m尹二并且进一李粤乙艺。..,`,rz云步假设和也只有分量脚标为等离子体中的离子,,E电二下的碰为碰电量则下在上述假定撞过程一非弹性撞若将离能考虑进去有述:能量守恒方程..,,:211二11.c夕,二。夕犯电离一。-丁夕奋,3m瓦~m乃二m巧个m云()一宁宁2222同时有动量守恒方程。。.切尹b1~阴夕妇+阴洲+m声`(4)若注意到2211``夕i,5咋m()—2阴一—2,。,.则解上面三式可得到,`,。bZ和并进一步可得到等离子体中离子和电子的能量。`.
6、.对到邵~W~238电子伏本文所述条件可得:期李家全磁阱中的低温等离子体、三子平衡方程的建立等离体,在装置运行时一方面中性氢分子不断地被束电子碰撞电离产生等离子体同时等离..子体又要通过各种途径而损失掉下面我们将对各种机制进行详细的讨论1.子的等离体产生在单位时间内H全被电子束碰撞电离产生的等离子体为。了d、,”””。“b,6戈丽习一al(),。...~W2E电6电子伏,基于W~38电子伏<蔽~13)故没有二次电离现象2.子的失离损:子体的子下几种损制等离中离有述失机,l)H犷和H犷库仑碰撞进人逸出锥设离子碰撞后
7、在速度空间各向同性则只有进.入逸出锥那一部分离子才能因此而损失掉它为2,,iaZ;(7)一争墩其中逃逸几率p为,”一`一了咋,,`,R为轴向径比库仑散射截面可用大角度散射公式计算J,二,。eZ,2~80二(/。)一2为:)因离子在几何空间的密度分布而形成的横越磁场的扩散损失(李、Jt/3。二,d愁、1d`了/3儿`“`又切“``,8一一万夕()气)/丁丽其中平均自由程又,1oZ,:*。`c,~/in一刀,口2夕,,OL`~B/m.,,.``。;为光速实表/沂~验明办/3)H犷和HI弹性碰撞进入逸出锥nd厂八;”
8、`乙9叭。)戈履丁少一一鞠内.P(4)电荷交换损失,,快H子和慢H旦电荷交换而形成慢HJ和快H吕因慢H犷的迅速逃逸而快H全又不受,.磁场的约束因而产生了离子的损失。Zd八.~·,”`刀。“`。a`(10)又)一一丽4479卷5复合损失)了而八`梦,(11)叭、石丁夕一一.,式中为复合系数,:以制可立子数根据上损失机建下述粒平衡方程”,2n,,/、,,。dl””刀。t,,a
