[發明專利]一種驅動磁重聯的等離子體裝置

有效

• 申請號: 201910068511.X
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109774988B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 肖青梅;鄂鵬;王曉鋼
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00;H05H1/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 畢雅鳳

一種驅動磁重聯的等離子體裝置，屬于低溫等離子體的應用技術領域。解決了現有的空間等離子體地面模擬裝置無法真實研究空間中三維磁重聯過程的問題。本發明可實現磁層頂磁重聯和磁尾磁重聯；實現磁層頂磁重聯時，通過偶極磁場線圈模擬地球磁場位形，通過磁鏡場線圈模擬行星際磁場位形，通過等離子體槍噴射的等離子束流使地球磁場位形上形成的磁層側等離子體和星際磁場位形上形成的磁層頂磁鞘側等離子體在磁零點位置實現重聯；實現磁尾磁重聯時，偶極磁場線圈通電后模擬地球磁場位形，磁鏡場線圈均用于模擬地球磁尾磁場位形，通過等離子體槍噴射的等離子束流使地球磁尾南、北側等離子體在磁零點位置實現重聯。本發明主要用于驅動磁重聯過程發生。

技術領域

本發明屬于低溫等離子體的應用技術領域，具體涉及一種可用于驅動磁重聯過程發生的空間等離子體裝置。

背景技術

對空間等離子體環境及其與航天器作用研究最直接的手段是采用空間探測。通過大量的衛星觀測，人們在研究空間等離子體環境及其物理過程研究方面已經取得了巨大成就。然而空間衛星探測很難同時獲得全局性的觀測數據等。因此，在廣泛開展空間探測和在軌實驗的同時，建立地面模擬裝置，開展空間科學實驗的地面模擬研究，對科學前沿進展和國家重大需求來說都具有重要的科學價值和緊迫的現實意義。

地面模擬裝置具有過程/參數可控、整體演化過程可重復進行、可多點同時測量等優點，在理解空間等離子體中各類物理過程(例如磁層頂重聯、磁尾重聯過程的影響等)、提高人類探究空間環境演化規律的能力、提升對空間等離子體環境的認識水平具有重要意義，也日益受到國家的重視。

根據磁場重聯產生的原因，可以分為自發重聯和受迫重聯，受迫重聯主要由外部條件驅動，提供足夠的磁能及不穩定條件，才能引發重聯?，F有磁重聯研究裝置多通過快速變化線圈的電流，產生強的感應電場，驅動磁場重聯的發生。而現有的空間等離子體地面模擬裝置無法真實研究空間中三維磁重聯過程，因此以上問題亟需解決。

發明內容

本發明是為了解決現有的空間等離子體地面模擬裝置無法真實研究空間中三維磁重聯過程的問題，本發明提供了一種驅動磁重聯的等離子體裝置。

方案一：一種驅動磁重聯的等離子體裝置可實現磁層頂磁重聯

一種驅動磁重聯的等離子體裝置，包括電子回旋共振等離子體源、真空腔室、以及設置在真空腔室內的偶極磁場線圈、上磁鏡場線圈、下磁鏡場線圈、上LaB₆等離子體源和等離子體槍；

真空腔室內含有工作氣體；

偶極磁場線圈通電后產生模擬地球磁場位形的磁場；

電子回旋共振等離子體源設置在真空腔室外部,且電子回旋共振等離子體源在地球磁場位形的磁場下產生磁層頂地球側等離子體；

上磁鏡場線圈和下磁鏡場線圈在豎直方向上相對設置，且二者產生的磁場用于模擬行星際磁場位形，行星際磁場位形的磁場與地球磁場位形的磁場之間存在磁零點；

上LaB₆等離子體源位于上磁鏡場線圈的上方，并用于產生模擬磁層頂磁鞘側等離子體；

等離子體槍位于上磁鏡場線圈和下磁鏡場線圈之間，通過等離子體槍噴射的等離子束流驅動磁層頂磁鞘側等離子體與磁層頂地球側等離子體在磁零點的位置產生磁層頂磁重聯。

優選的是，所述上磁鏡場線圈的橫截面為圓形或矩形的橢圓環狀線圈，且橫截面的長徑比大于或等于1.5。

優選的是，所述電子回旋共振等離子體源產生的磁層頂地球側等離子體的密度約為10¹¹cm^-3-10¹²cm^-3。