[發(fā)明專利]一種具有連續(xù)空間分辨能力的磁場測量裝置及方法

有效

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• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112731225B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳堅;姜志遠(yuǎn);張道源;陳紫維;石桓通;李興文
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

本發(fā)明公開了一種具有連續(xù)空間分辨能力的磁場測量裝置及方法，屬于磁場測量領(lǐng)域，包括：激光誘導(dǎo)裝置與分裂光譜線收集裝置；在待測空間中引入氯化鈉晶體作為示蹤劑；用納秒激光聚焦并燒蝕氯化鈉晶體從而在氯化鈉晶體表面誘導(dǎo)等離子體；誘導(dǎo)等離子體在真空中向周圍擴散；通過4?f成像系統(tǒng)用光譜儀收集連續(xù)分布的鈉離子分裂光線的分裂譜線；對收集的譜線進(jìn)行擬合，得到磁感應(yīng)強度的分布。本發(fā)明通過引入氯化鈉誘導(dǎo)等離子體作為示蹤劑，不依賴于空間中原有的離子，從而可以測量各種情況下的真空磁場分布；同時誘導(dǎo)等離子體的運動具有連續(xù)性，加強了磁場測量的連續(xù)空間分辨能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁場測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有連續(xù)空間分辨能力的磁場測量裝置及方法。

背景技術(shù)

磁場測量技術(shù)多用于解決重要的科研及物理問題，在軍事、天文、資源勘探、科學(xué)研究等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

Z箍縮是指在脈沖電流作用下產(chǎn)生的誘導(dǎo)等離子體在磁場作用下達(dá)到高溫高密的狀態(tài)同時產(chǎn)生強烈X輻射的過程，主要應(yīng)用于X射線源或慣性約束聚變等。誘導(dǎo)等離子體和磁場的時空分布以及它們之間的耦合作用是Z箍縮動力學(xué)的核心問題，也是進(jìn)一步提高Z箍縮內(nèi)爆品質(zhì)和X射線輻射功率的基礎(chǔ)。然而，在磁場分布方面，由于誘導(dǎo)等離子體中的磁場強度高、變化范圍大(10T-104T)、持續(xù)時間短(～100ns)、變化速度快，且處于高電壓(～MV)、大電流(～MA)及強輻射的極端環(huán)境中，這使測量更加具有挑戰(zhàn)性。

真空中磁場的測量主要通過磁感應(yīng)線圈進(jìn)行。磁感應(yīng)線圈具有原理簡單、成本低廉且易于操作的特性，一直被廣泛地用于時變磁場的測量。磁感應(yīng)線圈的主體為一個或多個小型線圈，線圈匝數(shù)一般為3-5匝，在使用時被放置于誘導(dǎo)等離子體中某一待測區(qū)域，因此所處空間中磁場的變化會使線圈回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于電動勢的大小與磁場強度隨時間的變化速率成正比，在將感應(yīng)電動勢對時間進(jìn)行積分后，就可以獲得磁感應(yīng)線圈所在位置處的磁場大小。然而磁探針的探頭直接深入誘導(dǎo)等離子體內(nèi)部后對誘導(dǎo)等離子體的影響主要有以下兩個方面：一是使誘導(dǎo)等離子體產(chǎn)生冷卻并對運動過程產(chǎn)生擾動；二是自身產(chǎn)生的感應(yīng)電流會干擾誘導(dǎo)等離子體的磁場。同時，當(dāng)外界溫度過高時，磁探針包覆的涂層將被燒蝕，測量信號可能會突然大于可測閾值從而損壞測量儀器，這也是磁探針的局限性之一。

另一種非接觸式測量方法為法拉第旋光，適用于真空中存在等離子體時的情況。以等離子體作為磁光介質(zhì)，當(dāng)一束線偏振光穿過等離子體時，可以看作是兩束等幅的左旋和右旋圓偏振光的疊加。這兩束光由于磁光效應(yīng)會具有不同的折射率和傳播速度，因此在通過同樣的距離后就具有不同的相位滯后，從而使穿過等離子體的線偏振光產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度的計算公式為：

式中，λ為入射光波長，n_e為電子密度，B為磁場矢量在實驗光路上的分量，dl為入射光路的元。但此方法需要空間中等離子體的分布是對稱的，同時要已知光路中所有位置的電子密度，對環(huán)境要求較高。

綜上分析可知，在現(xiàn)有公開的背景技術(shù)中，發(fā)展一種原理簡單、操作方便、范圍廣闊、高效可靠的真空磁場測量方法是個待解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決目前真空中磁場分布的測量所存在的問題，提供一種具有連續(xù)空間分辨能力的磁場測量裝置及方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種具有連續(xù)空間分辨能力的磁場測量裝置，包括：

真空工作腔，所述真空工作腔的腔體上開設(shè)納秒激光入口、連續(xù)激光入口以及分裂光線出口，納秒激光入口、連續(xù)激光入口以及分裂光線出口上分別安裝有石英玻璃；腔體內(nèi)部設(shè)置有附著桿，所述附著桿上附著有示蹤劑；

納秒激光器，所述納秒激光器用于產(chǎn)生納秒激光束，所述納秒激光束由納秒激光入口進(jìn)入腔體內(nèi)，聚焦于示蹤劑上，產(chǎn)生誘導(dǎo)等離子體；