一种研究电弧风洞等离子体密度的诊断方法.PDFVIP

第 17 卷　第 4 期 宇　航　学　报 . 17　 . 4 V o l N o 1996 年 10 月 . 1996 JOURNAL OF ASTRONAUTICS O ct 一种研究电弧风洞等离子体密度的诊断方法 曹金祥　张嘉祥　赵红波　　　　　林毅君　王洁霞 ( ) ( ) 中国科学技术大学近代物理系·合肥·230026 　　　　 北京 7201 信箱·北京·100074 　 摘要　用微波探针法研究了等离子体密度变化。一般情况下, 它除了不对等离子体产生干扰外, 还可以对 等离子体进行实时监测。本文利用这种方法对电弧风洞等离子体的形成以及不同状态下的密度变化作了 观测, 并同扫描朗谬探针在相同实验条件下的结果进行了比较。实验结果表明, 微波探针是研究特殊环境 下等离子体密度变化的一种好方法。 主题词　电弧风洞　毫米波　等离子体　电子密度 1　引言 在人类已进入宇宙航行时代的今天, 宇航科学要得到进一步的发展必须要解决一系列 [1, 2 ] 的等离子体问题。这其中最重要就是对等离子体参数的诊断 。在高温电弧风洞等离子体 参量测量中, 采用微波波段的电磁波作为研究等离子体探针, 可以克服接触式普通探针在使 用上的不足。 本文给出了一种毫米波探针法, 并利用这种方法研究了无磁场电弧风洞等离子体产生 过程和在不同实验条件下等离子体密度的变化。这些实验结果的获取, 对于调节电弧风洞运 行参数, 选择所需最佳等离子体工作区间都有着重要的实际意义。 2　测量原理 ( ) 众所周知, 气体电离机制是各种各样的, 如果使气体加热数千度 ° , 其中就会有一部 K 分原子或分子电离, 经过一段时间电离度就会趋于一个与此温度相应的平衡值, 这种电离称 为热电离或平衡电离。在等离子体中传播的电磁波, 波的电磁场使得等离子体中电子和离子 产生加速度, 而带电粒子在波的电磁场的作用下所产生的运动又反过来改变波在等离子体 中的电磁场分量, 从而改变电磁波的一些特征。 如果一束频率为 的平面电磁波在无磁场、均匀的等离子体中沿X 方向传播时, 该电 磁波在等离子体介质中的传播可以表示为[3- 7 ] : ( ) ( ) iw t i + i - x i t+ x E x , t = E 0 e e x = E 0 e e w ( 1) 式中 为相位系数, 单位为 rad m 　　本文于 1994 年 7 月 20 日收到 76 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　宇航学报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 17 卷 12 = ( 1 - B ) 2 + ( 1 - B )