碰撞等離子體中電磁波傳播及微波探針研究.pdf

1、本文對(duì)電磁波在碰撞等離子體的傳播過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的數(shù)值模擬計(jì)算，詳細(xì)分析了電磁波在等離子體中的傳播的幅度和相位信息，提出了兩種實(shí)驗(yàn)上新的診斷局域等離子體密度的方法。
　　 我們通過(guò)MAFIA軟件模擬了電磁波在非均勻等離子體中的傳播，對(duì)微波的幅度和相位進(jìn)行分析?？芍姶挪ǖ乃p與等離子體密度的弦積分有關(guān)，與密度剖面形狀無(wú)關(guān)。并且提出了可以利用微波測(cè)量等離子體密度剖面的方法。此外，模擬說(shuō)明此時(shí)衰減與碰撞頻率成反比，給實(shí)驗(yàn)上利用此特性診

2、斷碰撞頻率提供了理論依據(jù)。最后，對(duì)二維斜等離子體層和三維球形等離子體進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)脈沖波包穿過(guò)等離子體時(shí)，傳播方向不變，只是幅度衰減，所以電磁波在三維分布等離子體中傳播可由WKB近似解決，并且三維問(wèn)題可簡(jiǎn)化為一維問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算解決，大大簡(jiǎn)化今后的工作。
　　 從電磁波色散方程出發(fā)，對(duì)電磁波的衰減和相移計(jì)算，將等離子體分為三個(gè)區(qū)：反射區(qū)，透射區(qū)，碰撞平臺(tái)區(qū)，其中碰撞平臺(tái)區(qū)又因?yàn)榕鲎驳膹?qiáng)弱而分為強(qiáng)碰撞平臺(tái)區(qū)和弱碰撞平臺(tái)區(qū)，給出了劃分依

3、據(jù)，并分別針對(duì)每個(gè)不同區(qū)域，詳細(xì)分析了電磁波在各區(qū)域衰減和相移與電磁波頻率、等離子體密度以及碰撞頻率之間的關(guān)系。在這里，首次提出了馳豫頻率的概念。所有的理論工作都為今后微波診斷等離子體的實(shí)驗(yàn)研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　 提出了一種具有高分辨率的局域診斷等離子體的密度的新方法-微波點(diǎn)天線，這種診斷方式避免了碰撞和鞘層影響。微波點(diǎn)天線是利用同軸電纜線的終端制作而成，因?yàn)槠湮锢沓叽缧。钥梢詫⑵渖烊氲入x子體內(nèi)部，利用微波在等離子體中的

4、傳播出現(xiàn)的截止現(xiàn)象進(jìn)行等離子體密度的診斷。我們對(duì)診斷結(jié)果進(jìn)行了分析，認(rèn)為利用截止頻率來(lái)診斷等離子體密度從原理上是可行的，并且截止區(qū)透射系數(shù)隨頻率的變化主要由等離子體的密度梯度決定。另外，利用已有的微波干涉法和雙探針對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，說(shuō)明微波點(diǎn)天線不僅是有效的等離子體密度的診斷工具，還可以利用其精確性對(duì)雙探針測(cè)量進(jìn)行標(biāo)定。
　　 基于天線的發(fā)射性質(zhì)，提出一種新的等離子體密度的診斷工具--微波單極子天線。從理論、實(shí)驗(yàn)、模擬三方面

5、介紹并驗(yàn)證了此種方法的可行性。從理論上分析微波單極子天線的發(fā)射性質(zhì)和周圍介質(zhì)的介質(zhì)常數(shù)之間的關(guān)系，從而為單極子天線作為一種診斷工具提供了理論基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)上，對(duì)微波單極子天線的制作，發(fā)射性質(zhì)做了詳細(xì)的測(cè)量和分析，提高了微波單極子天線作為診斷工具的測(cè)量性能，并在非色散介質(zhì)中進(jìn)行了可行性證實(shí)。在診斷不同氣壓的等離子體密度上，微波單極子天線得到了和靜電雙探針測(cè)量一致的結(jié)果，從而從實(shí)驗(yàn)上證明了微波單極子作為一種診斷等離子體密度工具的可行性。我們還