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邊界條件和流動對圓柱形等離子體柱中扭結(jié)不穩(wěn)定性的影響
（論文部分內(nèi)容摘抄）
在線性等離子體柱中，對扭轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性進行了實驗研究，其中一端與等離子源線性連接，另一端沒有線性連接因而可以自由地滑過端板表面。后一種邊界條件是等離子體鞘電阻的結(jié)果，該等離子體內(nèi)至少部分地將等離子與端板隔絕。當(dāng)?shù)入x子體電流超過閾值時，觀察到螺旋m=1扭轉(zhuǎn)模生長，接近臨界值時，其特征為在自由軸邊界處具有比較大位移的軸向結(jié)構(gòu)。觀察到模式的方位旋轉(zhuǎn)，從而螺旋扭曲的柱子總是螺旋進入自由的軸向邊界。新的扭轉(zhuǎn)理論精確地重現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)模式的結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)頻率和不穩(wěn)定值等。其包括軸向等離子體流和等離子體柱的一端，由于經(jīng)過實驗驗證的完美非線束縛邊界條件而自由移動。簡要回顧了扭轉(zhuǎn)理論及其對與本實驗相關(guān)的邊界條件的預(yù)測。
電流驅(qū)動的扭結(jié)不穩(wěn)定性是一種磁流動力學(xué)(MHD)不穩(wěn)定性，它影響著自然界和實驗室的載流等離子體。此實驗學(xué)者是確定與太陽細絲爆發(fā)的扭結(jié)磁繩動力學(xué)。實驗室人員認為，MHD扭曲不穩(wěn)定性發(fā)生在太陽磁通繩上，這會擾亂產(chǎn)生扭曲的磁云穿過太陽系。對天體物理噴流的MHD模型來說，扭結(jié)的產(chǎn)生非常重要，經(jīng)常被用來解釋同步輻射中扭結(jié)結(jié)構(gòu)的觀測結(jié)果。在實驗室人員中也觀察到MHD扭結(jié)模式和托卡馬克等離子體，形成期間被認為是介導(dǎo)環(huán)向極向磁通的轉(zhuǎn)換。在應(yīng)用的場磁等離子體推進器中，扭轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性似乎會惡化推進器在高電流時的性能，抑制這種不穩(wěn)定性的方法非?？扇?。
可見光圖像由等離子體柱發(fā)射的信號是（德國Excelitas PCO 公司的PCO.dicam）像增強型相機，提供兩個12位圖像，每個分辨率為1280x1024像素。兩種地質(zhì)學(xué)布置是可能的。所述視角是端向所述腔室，允許對所述柱進行全局視圖;(B)靠近外部陽極的橫向視圖，用于精確測量柱在其表面上的位移。使用原位探針的已知尺寸來完成每厘米像素的校準。在目前的實驗中，與相機集成時間(40-200 ns)相比，時間估計稍長(>1us)，因此圖像很可能精確地解析等離子體動力學(xué)。對于我們的等離子體條件，H發(fā)射、等離子體內(nèi)的密度和電流密度分布大致相似，可見發(fā)射和確定血漿柱的位置。
從外部陽極附近的側(cè)面觀察可見光發(fā)射的快速照相機圖像。當(dāng)?shù)入x子從右向左射擊時，可見發(fā)射的快速門控圖像顯示(a)均衡和(b)等離子體在旋轉(zhuǎn)期間的移位位置。(c)沿著與外部陽極平行的視線，在外部陽極前方軸向間隔1厘米的可見光發(fā)射率剖面。
在扭轉(zhuǎn)動力學(xué)的非線性階段，非線性束縛端的作用應(yīng)該是重要的。對于松弛扭轉(zhuǎn)等離子體，由于軸向場線彎曲，破壞穩(wěn)定的JoxB2力與穩(wěn)定的曲率力共存。自由端BC允許位移，彎曲和恢復(fù)力減小，這可能會導(dǎo)致與線系情況相比更大水平飽和的螺旋狀態(tài)。對于略微超臨界的情況，可以用弱非線性理論來檢驗。但包括等離子體流動和鞘電阻的影響。近期已經(jīng)模擬了完全非線性扭結(jié)模式。使用基于標準電阻MHD模型的FLIP3D-MHD.仿真結(jié)果證實了目前的實驗結(jié)果和理論工作，表明自由端焊劑繩更容易受到扭結(jié)不穩(wěn)定性的影響。
德國Excelitas PCO 公司的pco.dicam相機，具備高分辨率、高感光度、快速幀重復(fù)率、精確捕捉超快速過程的優(yōu)點，將可實現(xiàn)高效的單光子檢測，為實驗提供強而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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