等离子体物理-用于低真空环境的12T脉冲磁场装置课件.pptx

1、12T pulsed magnetic field generator for magnetized laser plasma experiments in low vacuum environment2目录 背景介绍 研究背景 中国科大7.5T脉冲磁场装置 旧装置缺陷 用于低真空环境的12T脉冲磁场装置 电路及机械设计 磁场特性 装置在低真空下工作时的背景气体电离现象 低真空下正常工作 自发光诊断 背景气体电离的模拟和理论解释 总结3目录 背景介绍 研究背景 中国科大7.5T脉冲磁场装置 旧装置缺陷 用于低真空环境的12T脉冲磁场装置 电路及机械设计 磁场特性 装置在低真空下工作时的背景气体

2、电离现象 低真空下正常工作 自发光诊断 背景气体电离的模拟和理论解释 总结4实验室天体物理传统手段：自生磁场重联（Zhong et al,）2010使用外加磁场进行实验室天体物理研究的优势：等离子体参数和磁场可以单独控制；可以覆盖高至低广阔的参数范围磁场辅助的惯性约束聚变靠惯性约束物质，靠磁场约束能量输运研究背景中国科大7.5T脉冲磁场装置5G.Y.Hu et al,Plasma Sci.Technol.17(2),134(2015)C200nFV40kVLcap+feed100nHLcoil5nHImax55kABmax7.5TSize4*5mm旧装置缺陷67目录 背景介绍 研究背景 中国科

3、大7.5T脉冲磁场装置 旧装置缺陷 用于低真空环境的12T脉冲磁场装置 电路及机械设计 磁场特性 装置在低真空下工作时的背景气体电离现象 低真空下正常工作 自发光诊断 背景气体电离的模拟和理论解释 总结电路及机械设计8 整体密封设计，低电磁辐射 传输线1.5mm环氧树脂灌封绝缘 水绝缘亥姆霍兹线圈/单线圈磁场特性9旧装置旧装置新装置新装置放电电压35kV65kV峰值电流55kA95kA峰值磁场7.5T12T均匀磁场区域4*5mm8*8mm10目录 背景介绍 研究背景 中国科大7.5T脉冲磁场装置 旧装置缺陷 用于低真空环境的12T脉冲磁场装置 电路及机械设计 磁场特性 装置在低真空下工作时的背

4、景气体电离现象 低真空下正常工作 自发光诊断 背景气体电离的模拟和理论解释 总结低真空下正常工作11 左图为磁探针的微分信号，右图为积分处理后的磁场波形。分别在大气环境中和6Pa环境中55kV放电，峰值磁场约10.7T。在6Pa环境中放电时，波形有明显畸变。自发光诊断12 ICCD自发光诊断 7mm单匝放电线圈 放电电压：30kV 峰值电流：50kA 峰值磁场：9TICCD 观测方向线圈实物图13各气压下背景气体电离情况根据不同气压下各时刻采集的图像，这两个时刻一般为自发光较强处；背景气体电离现象集中在50Pa1000Pa气压范围内。时刻 2000 Pa 1000 Pa 500 Pa 100

5、Pa 50 Pa 15 Pa 14500 Pa 正向演化图1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2215500 Pa 侧向演化图1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22Comsol模拟感生电场随时间演化1650ns100ns150ns2ns200ns250ns300ns350ns 切面图表示感生电场，垂直切面向里为正方向。箭头表示切面上的磁感应强度。欠阻尼脉冲放电感生电场理论17脉冲磁场的感生电场磁通量临界比放电电流单匝线圈电感考虑在放电过程中 时，感生

6、电场最强，此时有：1628ln)28ln1()(2)(22222200000maxDddDDddDDdLdDDULdDLUEnt 感生电场理论值与实验对比目前单匝线圈的最大感生电场为：18mmkVE/.110-max空气的最低击穿电压约0.20.3kV。因此第一个上升沿没有明显的击穿现象。波形的上升和下降沿产生一定数量的自由电子，积累到一定程度产生击穿现象。如果忽略波形后端的阻尼，仅考虑最简单的正弦振荡：此时，感生电场表达式为：感生电场最大值为：最大感生电场与峰值电流的关系19)2sin(TtIImdtLdIdtdE)2cos(1628ln)28ln41()2cos(22222220TtDddDDddDDdDTITtTLIEmm1628ln)28ln41(2222220maxDddDDddDDdDTIEm总结 自主研发了一套用于低真空环境的12T脉冲磁场装置。该脉冲磁场装置在低真空环境下放电时，有背景气体电离现象。通过理论计算结合巴申曲线推测低真空下背景气体击穿是由感生电场所致，并通过comsol模拟给出了感生电场随时间演化。经过适当的理论简化，给出了最大感生电场与峰值电流、脉冲周期、线圈尺寸的关系。为今后脉冲磁场装置的设计提供了参考。20