磁场约束下激光诱导等离子体膨胀动力学研究

摘要

磁约束激光诱导等离子体是用磁场来约束等离子体中带电粒子的运动，将等离子体限制在一定区域，不让它们扩散的技术。其广泛应用在激光诱导击穿光谱，磁约束核聚变技术，光刻技术以及磁控溅射技术等领域，受到各国研究人员极大关注。由于其物理过程十分复杂，因此我们需要对磁场约束下的激光诱导等离子体膨胀动力学特性进行深入的研究。
　　本文主要研究了磁场约束下等离子体微观粒子行为，等离子体羽体膨胀形态，等离子体冲击波膨胀过程等物理过程。
　　建立磁场约束下激光诱导等离子体发射光谱实验系统，并优化实验条件，最终的实验结果表明在磁场约束下铜等离子体内原子光谱和离子光谱均有所增强。
　　通过分析等离子体时间空间演化过程，结合电子温度、电子密度及不同的靶材性质、激发脉冲的激光能量从电子通过磁场焦耳加热获得能量，碰撞几率增加，离子电子复合几率增加三个方面对磁场约束下等离子体发射光谱增强进行了解释。对磁场约束下等离子体发射光谱强度增强的物理原因进行了探讨。
　　通过快速摄影法观察到特定时刻的等离子羽体内部紊乱，在靠近靶材的一小区域内，等离子羽体内部温度高于其他位置。而这时间节点可以和等离子体发射光谱时间演化过程中出现的双峰结构相呼应，进一步验证了光谱增强的解释。等离子羽体中后期膨胀形态上变得狭长，我们通过等离子体冲击波图像看到，等离子体内部有剧烈波动，可以推断信号区域内电子密度很高，和之前快速摄影反映的同一区域等离子体在径向压缩一致。验证了磁流体力学不稳定性造成上述结果。

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第一章 绪 论

1.1引言

1.2 磁约束激光诱导等离子体的理论基础

1.3磁约束激光诱导等离子体的研究背景

1.4磁约束激光诱导等离子体的国内外研究现状

1.5 本文主要研究内容

第二章 磁场约束下激光诱导击穿光谱实验装置及实验条件优化

2.1实验装置

2.2实验条件优化

2.3本章小结

第三章 磁场约束下激光诱导等离子体光谱增强机理

3.1采集光谱对比

3.2磁场约束下等离子体光谱强度的时间演化

3.3磁场约束下等离子体光谱强度的空间演化

3.4磁场约束下等离子体参数的时间演化

3.5本章小结

第四章 磁场约束下激光诱导等离子体膨胀动力学过程研究

4.1基于快速摄影法的磁约束下等离子羽体膨胀形态研究

4.2基于阴影成像对磁场约束下的等离子冲击波研究

4.4本章小结

总结

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目

致谢

参考文献