等离子体对磁场压缩特性实验台

摘要

本发明公开了一种等离子体对磁场压缩特性实验台，包括台面、轨道、等离子体作用器、固定支撑架、压力传感器、磁感应线圈，其中磁感应线圈通过线圈支架固定于台面上，固定于台面上的轨道上架设等离子体作用器以及固定压力传感器的固定支撑架，所述等离子体作用器由高压电源供电，磁感应线圈由电流源供电，所述等离子体作用器位于磁感应线圈和固定支撑架之间，固定支撑架上的压力传感器与等离子体作用器接触。本发明通过给磁感应线圈、放电极板供电，记录各个磁针的方向来描绘磁力线的形状；并通过固定支撑架推动等离子体作用器向磁感应线圈方向移动，记录不同位置时各个磁针的方向和压力传感器示数，考察等离子体对磁力线的压缩效果及所需推力。

说明书

技术领域

本发明属于等离子体与电磁场的作用技术领域，具体涉及一种等离子体对磁场压缩特性实验台。

背景技术

宇宙中的环境为等离子体，而地球生物的存在得益于地球外磁场的保护作用，地球磁场约束了太阳风暴的同时也受等离子体的压缩作用。当太阳活动爆发时，等离子体云冲击地球磁层，使磁场压缩变形，磁顶层被压缩，磁尾被拉长。整个过程是一个动态的过程，并影响着地球卫星、地球电离层以及地面输电系统等设备的正常运行。因此，等离子体对磁场的影响实验研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种用于研究等离子体对磁场压缩及拉伸作用的等离子体对磁场压缩特性实验台，用于研究等离子体对磁力线的压缩作用，考察不同参数下压缩力的大小。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种等离子体对磁场压缩特性实验台，包括台面、轨道、等离子体作用器、固定支撑架、压力传感器、磁感应线圈，其中磁感应线圈通过线圈支架固定于台面上，轨道直接固定于台面上，轨道上架设等离子体作用器以及固定压力传感器的固定支撑架，所述等离子体作用器由高压电源供电，磁感应线圈由电流源供电，所述等离子体作用器位于磁感应线圈和固定支撑架之间，固定支撑架上的压力传感器与等离子体作用器接触，用于检测磁感应线圈与等离子体作用器之间的作用力。

进一步的，所述等离子体作用器包括放电极板、磁针支撑柱、磁针、矩形筒体，其中放电极板为两块，分别为放电极板一和放电极板二，放电极板一和放电极板二分别位于矩形筒体的两端，放电极板一和放电极板二与矩形筒体构成矩形中空结构的放电腔体，放电腔体内部是真空状态，矩形筒体的底面内壁上均匀设置若干磁针支撑柱，每个磁针支撑柱上放置一个自由转动的磁针。

优选的，所述矩形筒体是石英材料制成的。所述放电腔体的真空度为0.1～1pa。

进一步的，所述台面上刻有刻度线，且任意两个相邻刻度线的间距均相等。刻度线间的距离等于任意两个相邻磁针的中心距离。

进一步的，每个磁针支撑柱上均固定一个小挡片，磁针中间设置小孔，磁针套装在磁针支撑柱上并通过小挡片托住。

进一步的，所述轨道上端面上设置半圆弧形凹槽，凹槽内放置滚珠，等离子体作用器通过滚珠与轨道连接。

进一步的，所述固定支撑架底面设置有半圆形凸起，半圆形凸起与轨道上端面的半圆弧形凹槽相匹配，所述固定支撑架通过半圆形凸起与轨道连接。

进一步的，所述压力传感器前端固定有压力测量头，压力测量头位于压力传感器上靠近等离子体作用器的一侧。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明通过给磁感应线圈通电产生磁场，通过对等离子体作用器的两放电极板间施加高压电产生等离子体。通过对记录等离子体作用器中各个磁针的方向来描绘磁力线的形状；通过固定支撑架推动等离子体作用器向磁感应线圈方向移动，并记录移动过程中不同位置处各个磁针的方向及压力传感器的示数，描绘磁力线形状，检测等离子体对磁力线的压缩效果及所需推力。

附图说明

图1是本发明整体结构的主视结构示意图；

图2是本发明整体结构的侧视结构示意图；

图3是本发明台面、轨道以及线圈支架侧视结构示意图；

图4是本发明固定支撑架上安装压力传感器后的俯视结构示意图；

图5是本发明固定支撑架上安装压力传感器后的侧视结构示意图；

图6是本发明等离子体作用器主视结构示意图；

图7是本发明等离子体作用器侧视结构示意图；

图8是本发明磁力线描述原理图；

其中：1、实验台，2、高压电源，3、等离子体作用器，4、固定支撑架，5、压力传感器，6、压力测量头，7、磁感应线圈，8、电流源，9、滚珠，1-1、台面，1-2、线圈支架，1-3、轨道，1-4、刻度线，3-1、放电极板一，3-2、放电腔体，3-3、磁针，3-4、放电极板二，3-5、磁针支撑柱。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步详细描述：

如图1-5所示，本发明的试验台1包括台面1-1、轨道1-3、等离子体作用器3、固定支撑架4、压力传感器5、磁感应线圈7，其中磁感应线圈7通过线圈支架1-2固定于台面1-1上，轨道1-3直接固定于台面上，轨道上架设等离子体作用器3以及固定压力传感器5的固定支撑架4，所述等离子体作用器3由高压电源2供电，磁感应线圈由电流源8供电，所述等离子体作用器位于磁感应线圈7和固定支撑架4之间，固定支撑架4上的压力传感器5与等离子体作用器接触，用于检测磁感应线圈与等离子体作用器之间的作用力。

实验时，电流源对磁感线圈供电产生磁场，高压电源对等离子体作用器供电使其内部电离产生等离子体，从而利用该设备考察等离子体体对磁场的压缩作用。

如图6和图7所示，所述等离子体作用器包括放电极板、磁针支撑柱3-5、磁针3-3、矩形筒体，其中放电极板为两块，分别为放电极板一3-1和放电极板二3-4，放电极板一和放电极板二分别位于矩形筒体的两端，放电极板一和放电极板二与矩形筒体构成矩形中空结构的放电腔体3-2，放电腔体3-2内部是真空状态，矩形筒体的底面内壁上均匀设置(规则排列)若干磁针支撑柱3-5，每个磁针支撑柱上放置一个自由转动的磁针3-3。其中矩形筒体是石英材料制成的，放电腔体的真空度为0.1～1pa。每个磁针支撑柱上均固定一个小挡片，磁针中间设置小孔，磁针套装在磁针支撑柱上并通过小挡片托住。

实验过程中，小磁针会随着磁力线的方向改变而旋转，通过磁针的方向排布可以近似给出磁力线曲线形状。

为了便于记录和进行定位，所述台面上刻有刻度线1-4，且任意两个相邻刻度线的间距均相等。刻度线间的距离等于任意两个相邻磁针的中心距离。

为了保证磁力线描绘的准确性，磁场强度中心线与等离子体作用器中心线处于同一位置，便于观察磁针的指向，所述磁感应线圈下方设置线圈支架1-2支撑，使磁感应线圈与等离子体作用器处于同一高度。

如图4和5所示，所述轨道上端面上设置半圆弧形凹槽，凹槽内放置滚珠，等离子体作用器通过滚珠9与轨道连接，滚珠9的设置减小了等离子体作用器与轨道之间的摩擦力。所述固定支撑架底面设置有半圆形凸起，半圆形凸起与轨道上端面的半圆弧形凹槽相匹配，所述固定支撑架通过半圆形凸起与轨道连接，半圆形凸起与轨道的凹槽为面接触，从而增大摩擦力，防止磁场力大于摩擦力而移动固定支撑架。为了更加方便测量，所述压力传感器前端固定有压力测量头6，压力测量头6位于压力传感器上靠近等离子体作用器的一侧。

工作过程大致如下：首先电流源输出电流，磁感线圈周围形成稳定的磁场分布，在磁力作用下小磁针转动，磁针方向与所在磁力线切线方向相同。记录此时各个位置磁针方向并描绘磁力线。然后，高压电源供电，通过气体放电在石英腔体内部产生等离子体，由于磁场的存在，电子被冻结在磁力线上。实验中通过固定支撑架带动压力传感器推动等离子体作用器向前移动一个刻度。并记录各个位置磁针的方向。由于等离子体作用器与轨道之间采用钢珠作为支撑，其摩擦力较小，磁场对等离子体的作用力通过固定支撑架与轨道之间的摩擦力来平衡。因此可以通过压力传感器读出磁场对等离子体的反作用力。同理，每向前移动一个刻度，记录各个位置磁针方向以及磁场的总作用力。

应用本发明，在实验中可以更改电流源，从而改变磁场强度，可以改变高压电源以改变放电极板的放电电压，从而可以考察不同磁场强度及等离子体密度下，等离子体对磁场的压缩作用效果。

实验时，首先给磁感应线圈通电产生磁场，进而对等离子体作用器的放电极板间施加高压电源以产生等离子体。然后记录各个小磁体的方向，并描绘磁力线的形状。再通过固定支撑架推动等离子体作用器，向磁感应线圈方向移动一个刻度(刻度线在台面上)，记录当前位置各个小磁体的方向及压力传感器的示数，描绘磁力线形状。不断地通过固定支撑架推动等离子体作用器，向磁线圈方向移动并记录相应磁场与压力示数。根据实验结果，考察等离子体对磁力线的压缩效果及所需推力。其中某一位置的磁力线描述原理图如图8所示，通过磁力线描绘图可以直观的观察到等离子体对磁力线压缩的效果。