融断开关等离子体中磁场的异常渗透.pdf

　第12卷　第5期 强 激 光 与 粒 子 束 . 12, . 5　 V ol N o 　2000年9月 H IGH POW ER LA SER AND PA R T ICL E BEAM S Sep. , 2000　 文章编号: 　1001—4322 (2000) 05—0605—05 融断开关等离子体中磁场的异常渗透① 卓红斌, 　常文蔚, 　马燕云, 　徐　涵 ( 国防科学技术大学理学院201教研室, 长沙410073) 　　摘　要: 　简单地介绍了柱坐标粒子模拟算法及实现, 利用粒子模拟方法对等离子体融断开关导通 过程中的磁场渗透问题进行了模拟计算, 针对不同的模拟条件出现的模拟结果进行了理论分析, 给出了 合理的物理解释。 　　关键词: 　粒子模拟; 　融断开关 　　中图分类号: 　 248. 7; 　 242. 1　　　　文献标识码: 　 TN O A 　　等离子体融断开关的阳极由金属网或金属栅栏构成, 允许等离子体以一定的比例注入。注入等离子 体的左右端均为真空区域。等离子体融断开关工作初期, 等离子体从阳极注入, 当等离子体充满阴阳极 间隙时, 左端发生器触发点火, 向等离子体融断开关发射上升电流波。在电流导通初期, 融断开关内的等 离子体以良导体的形式导通电流, 当电流上升至某一值时, 融断开关迅速断开, 这时, 电流由于开关的隔 离而流向负载。在融断开关导通过程中, 开关内的等离子体呈现出很多复杂的物理现象, 如阴极边界附 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 近的融断现象 、等离子体内部磁场明显渗透 以及由于磁压缩导致的等离子体向负载端的漂移 等 等。对于低密度的等离子体融断开关, 实验测量结果表明, 在导通过程中, 磁场以极快的速度沿轴向向等 [ 4 ] 离子体内部渗透, 当磁场渗透至等离子体的负载端时, 开关迅速断开 。由于磁场渗透深度远大于等离 子体的无碰撞电磁趋肤深度, 并且磁场渗透速度远大于经典理论的扩散速度, 因此传统的建立在粒子碰 撞基础上的磁场扩散理论并不能合理地解释这一现象。我们利用粒子模拟的方法对等离子体融断开关 导通过程中的磁场渗透问题进行了模拟计算, 针对不同的模拟条件的计算结果进行了理论分析, 给出了 合理的物理解释。 1　柱坐标粒子模拟算法 　　根据等离子体融断开关几何形状, 适合采用柱坐标粒子模拟方法。电磁场变化满足M axw ell 方程组 B ×E = - t ( 1) 1 E ×B = + J