Z箍缩装置实验室天体物理学的未来发展研究-天文学论文-物理论文.pdf

Z箍缩装置实验室天体物理学的未来发展研

究-天文学论文-物理论文

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摘要：大型高功率脉冲装置广泛应用于高能量密度物理的实

验室中,随着诊断技术和流体力学模拟技术水平的提高,基于此类装

置,实验室天体物理方向取得一些新的重要进展,文章主要介绍帝国

理工大学Z箍缩结构的MAGPIE脉冲功率装置上开展的关于磁重联和

喷流的实验进展,在磁重联实验中,发现重联电流片中电子温度和离

子温度远高于入流等离子体的温度,必然有其他效应导致电子和离

子的异常高温;喷流实验中观察到弓形激波和锥形激波的产生。最后

对Z箍缩装置实验室天体物理学的未来发展做一些展望。

关键词：实验室天体物理;高功率脉冲装置;等离子体;磁重

联;喷流;

RecentadvancesinlaboratoryastrophysicsbasedonaZ-pinch

device

TONGBo-WeiZHONGJia-Yong

DepartmentofAstronomy,BeijingNormalUniversity

Abstract：

Highpulsedpowerfacilitieshavebeenwidelyusedinlaboratory

astrophysics,andwiththedevelopmentofdiagnosticsandfluid

mechanicssimulationtechnology,importantadvanceshavebeenmade

inthisfield.Wedescribeherethemagneticreconnectionandjetflowon

theMAGPIEpulsepowerfacilityofImperialCollege.Inthemagnetic

reconnectionexperiment,itisfoundthatthetemperatureofthe

electronsandionsinthereconnectionlayerismuchhigherthanwhat

wouldbeexpectedfromthetemperatureoftheincomingplasma,so

theremustbeothereffectsthatleadtothisabnormallyhigh

temperature;injetexperimentsitisobservedthatbowshocksandcone

shocksaregenerated.Thisarticlepresentsanoverviewoftheabove

topics,aswellassomeperspectiveonfuturelaboratoryastrophysics

research.

Keyword：

laboratoryastrophysics;highpulsedpowerfacility;plasma;

magneticreconnection;jet;

1引言

高能量密度物理的主要研究对象是压强大于106大气压的极

端条件下的连续介质或者粒子体系,在高压、高温、高速碰撞、高强

度辐射、强电(磁)场导等高功率加载条件下,物质单位体积内聚集

的能量或者粒子的平均动能通过沉积、聚积而得到急剧提高,超过分

子和原子之间的内能,物质成为电离介质,即等离子体状态。高能量

密度物理是核物理实验室模拟、强冲击动力学、超高压物态方程、激

光强场物理和实验室天体物理等学科的基础,其基本理论框架是连

续介质模型的流体动力学原理。传统的天体物理研究方法包括天体实

测和理论模拟,然而天文观测和理论模拟均有一定的局限性,高能量

密度等离子体在天体物理和激光等离子体物理领域存在许多相似之

处,因此利用实验室激光