外电极长度对同轴枪放电等离子体特性的影响

摘要

同轴枪放电装置能够产生高速度(～100 km/s)、高电子密度(～1016 cm–3)以及高能量密度(～1 MJ/m2)的稠密等离子体,因而在聚变能、天体物理及航空航天等领域得到了广泛关注.通过光电信号的测量以及对输运过程中等离子体时空演化过程的观察,本文主要对比分析了不同长度外电极下的同轴枪放电等离子体特性.外电极长度的增加,带来了喷射等离子体电子密度、发光强度的降低以及轴向速度、准直性与输运距离的显著提高,而由箍缩效应所形成的等离子体柱在放电过程中对中心电极的延长作用则是引起长短外电极同轴枪中等离子体参数差异的主要原因.延长的中心电极一方面与长外电极在轴向长度上得以匹配,使等离子体在枪内能够获得更长的加速时间,进而提高其喷射速度;另一方面则会造成带电粒子的大量损耗以及更高的碰撞复合损失,导致等离子体电子密度与发光强度的降低.等离子体的轴向动能直接影响着其喷出后的传播距离,而喷口处等离子体的扩散角则主要受电子密度与径向洛伦兹力的约束,二者共同决定了等离子体的准直性及输运衰减特性.