[go: up one dir, main page]

CN108986611A - 一种空间磁场重联现象模拟装置 - Google Patents

一种空间磁场重联现象模拟装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108986611A
CN108986611A CN201810942246.9A CN201810942246A CN108986611A CN 108986611 A CN108986611 A CN 108986611A CN 201810942246 A CN201810942246 A CN 201810942246A CN 108986611 A CN108986611 A CN 108986611A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
reconnection
power supply
plasma
space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810942246.9A
Other languages
English (en)
Inventor
谢锦林
陆全明
庄革
吴征威
王琨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology of China USTC
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN201810942246.9A priority Critical patent/CN108986611A/zh
Publication of CN108986611A publication Critical patent/CN108986611A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/06—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
    • G09B23/18—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for electricity or magnetism
    • G09B23/181—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for electricity or magnetism for electric and magnetic fields; for voltages; for currents

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

本发明公开了一种空间磁场重联现象模拟装置，由真空舱、电源系统、等离子体流发射装置、磁场电流板、诊断系统组成。真空舱用于提供空间磁场重联模拟所需要的真空环境，电源系统由等离子体源、加热源、磁约束电源、电流板脉冲电源组成，等离子体发射装置采用旁热式氧化物阴极等离子体源，通过加热等离子体源刺激阴极激发产生等离子体流。磁场电流板为两块平行的电流板用于构建空间磁场重联现象所需的磁场位型，诊断系统采用内置探针用于在真空舱内置空间不同位置以检测磁场重联现象的发生，诊断系统由电子系统控制。通过该装置可以进行大尺度的空间磁场重联现象模拟，更好的从实验的角度探索空间磁场重联发生机理并试探性的进行相关实际应用。

Description

一种空间磁场重联现象模拟装置
技术领域
本发明涉及磁场重联模拟的技术领域，具体涉及一种空间磁场重联现象模拟装置。
背景技术
磁场重联现象广泛的存在于自然界中常见的物理现象中，如太阳耀斑、日冕物质抛射、太阳风以及地球磁层的相关作用过程中等。磁场重联发生过程中，在有限电导率的等离子体流中所处的磁场位型中，在磁场强度为零的中性点活着中性线附近，电流片中的磁力线自动或被动的强迫断开并重新连接。在此过程中，伴有磁能的突然释放并转化为等离子体的动能和热能，引起带电粒子的加速和加热。由于空间磁场重联观测的手段并不能充分了解磁场重联过程的机理，在磁场重联理论提出后，通过实验模拟验证磁场重联理论成为了科学家们验证该过程的最佳选择，而目前国内针对空间磁场重联现象的实验研究大部分都是基于小型缩比尺度的模型研究，缺乏一种可以提供更高的磁场重联现象发生空间，更大激烈冲击的实验装置，因此本发明提出了一种空间磁场重联现象的模拟装置用于进行大尺度模拟验证实验。
发明内容
本发明的目的在于：针对现在国内对空间磁场重联现象的实验研究的空间局限性以及实验大尺度的空间磁场重联现象模拟的局限性，提供一种空间磁场重联现象的模拟装置，用于模拟验证实验。
本发明采用的技术方案为：一种空间磁场重联现象模拟装置，由真空舱、电源系统、等离子体流发射装置、磁场电流板、诊断系统组成，其中，真空舱用于提供空间磁场重联模拟所需要的真空环境；电源系统由等离子体源、加热源、磁约束电源、电流板脉冲电源组成，等离子体源用于产生模拟过程中所需要的等离子体源，加热源用于加热等离子体产生所需要的源，磁约束电源用于提供约束等离子体流的轴向磁场空间，电流板脉冲电源用于提供脉冲电流于平行电流板上以构造磁场重联所需要的磁场位型；等离子体发射装置采用旁热式氧化物阴极等离子体源，通过加热等离子体源刺激阴极激发产生等离子体流；磁场电流板为两块平行的电流板用于构建空间磁场重联现象所需的磁场位型；诊断系统采用内置探针用于在真空舱内置空间不同位置以检测磁场重联现象的发生，诊断系统由电子系统控制，可在同一个平面按坐标移动进行不同位置的测量。
其中，真空舱两端设计为等离子体源区用于产生实验所需等离子体流，其中一端同时安装机械泵和涡轮分子泵用于舱体抽真空，真空舱侧面布置有多个窗口，用于对空间磁场重联的发生过程进行诊断。
其中，磁场电流板采用全铜构成，通过一体化成型设计以减小电流板的接触电阻。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明可以更好的从实验室角度模拟空间磁场重联现象发生的机理、过程、衰减，相比于其他装置，其可以更好的提供大尺度的模拟环境。
(2)本发明可以更好提供现象发生的诊断及观测环境，由于实验空间尺度的优势，其模拟空间磁场重联的现象发生更为明显，同时装置本身提供的窗口可以更好的诊断观测角度。
(3)本发明通过对装置各部件的有效组合与优化，包括如离子源、一体化成型的电流板等的升级，可以提供更好的空间磁场重联现象模拟。
附图说明
图1为本发明一种空间磁场重联现象模拟装置示意图；
图2为空间磁场重联现象模拟装置的真空舱以及连接活套的法兰和氟橡胶圈；
图3为旁热式氧化物阴极等离子体源；
图4为可调节式磁约束线圈。
图中，1为磁场电流板，2为磁约束线圈，3为诊断窗口，4为真空舱，5为等离子体源，6为真空抽气孔，7为密封圈，8为阳极，9为阴极，10为加热源，11为热反射板。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明一种空间磁场重联现象模拟装置由真空舱4、电源系统、等离子体流发射装置、磁场电流板1、诊断系统组成。
真空舱4用于提供空间磁场重联模拟所需要的真空环境，真空舱4两端设有真空抽气孔6，真空舱4两端设计为等离子体源区用于产生实验所需等离子体流，其中一端同时安装机械泵和涡轮分子泵用于舱体抽真空，真空舱4侧面布置有多个诊断窗口3，用于对空间磁场重联的发生过程进行诊断。
电源系统由等离子体源5、加热源10、磁约束电源、电流板脉冲电源组成，等离子体源5用于产生模拟过程中所需要的等离子体源，加热源10用于加热等离子体产生所需要的源，磁约束电源用于提供约束等离子体流的轴向磁场空间，电流板脉冲电源用于提供脉冲电流于平行电流板上以构造磁场重联所需要的磁场位型。
等离子体发射装置采用旁热式氧化物阴极等离子体源，通过加热等离子体源刺激阴极激发产生等离子体流。
磁场电流板1为两块平行的电流板用于构建空间磁场重联现象所需的磁场位型，电流板采用全铜构成，通过一体化成型设计以减小电流板的接触电阻，
诊断系统采用内置探针用于在真空舱内置空间不同位置以检测磁场重联现象的发生，诊断系统由电子系统控制，可在同一个平面按坐标移动进行不同位置的测量。
真空舱4由两个不锈钢圆桶组成，圆桶之间通过一个活套的法兰和氟橡胶圈组成的密封圈7实现密封连接。真空舱4通过水平轨道和支架固定在磁约束线圈内部，然后安装在由环氧树脂制成的基座上。整体的装置本身全部固定在由角铁焊接制成的平台上，平台下方有多个金属轮子，金属轮子安置在地面布置的轨道上，这样既保证了装置的水平性，又便于装置的移动可拆卸性。
真空系统由抽气系统、测量系统，检漏和分析系统组成。抽气系统由复合分子泵、旋片式真空泵和冷凝泵组成。
在空间磁场重联现象模拟实验的开始，通过真空空气孔对真空舱进行冲真空处理，真空舱的长度为10米，半径为3米。
空间磁场重联现象模拟装置通过加热等离子体发射装置采用的旁热式氧化物阴极等离子体源从而激发等离子体流的产生，旁热式氧化物阴极等离子体源采用圆饼型结构，安装在真空舱的一端，通过辅助的高温加热系统使等离子源的阴极满足工作温度。如图3所示，旁热式氧化物阴极等离子体源包括阳极8，阴极9，加热源10和热反射板11。
在真空舱4的周围由多组磁约束线圈沿统一轴向中心位置并行排列从而在真空舱的中心位置附近产生一块近似均匀的磁场区间，此区间用于在空间磁场重联现象的模拟过程中对等离子体流进行约束，从而保证在实验过程中，等离子体流处于轴向位置的附近，以便于构建的磁场位形对其的控制。
磁约束线圈2采用多饼圆形线圈串联绕制而成，每饼线圈的半径为2米，线圈由铝制材料构成可在一定程度上减轻线圈的重量，其中每一饼线圈由多匝线圈排列而成，而每匝线圈中间的间隙由树脂材料填充而成，从而可以保证线圈形状的固定。每两饼线圈中间的电流连接线由磁屏蔽的绝缘材料包裹，从而可以保证电流连接线不会对真空舱中的磁场造成影响。
磁约束线圈电源采用直流稳态电流，在实验的过程中，通过保证电流的供给使磁约束线圈产生的磁场对等离子体流的约束一直存在。
电流板脉冲电源连接电流板的正负极两端，其为脉冲电源采用频率和电流幅值以及上升下降时间段可控的脉冲放电电源，脉冲放电电源由电容电感电阻组成的RLC回路构成。在实验的过程中，脉冲电源按照一定的频次持续给电流板施加脉冲电流以构成空间磁场重联现象模拟实验所需要的磁场位型。
真空舱4内的平行电流板采用一体化成型的铜材料制成，其形状为宽2.5米，厚0.1米的铜片。由于铜片的两级需要连接真空舱外的电流引线，铜片两端的结构对等离子体流的控制有很大影响，因此铜片采用一体化成型的结果，可以有效避免电流板两端因焊接造成的接触电阻对磁场的影响。
真空舱4内留有多处窗口用于连接多类检测装置，包括诊断设备、真空测量设备、电气连接设备、进气放气设备，已经用于在不同的位置观测试验效果。
真空舱4内同时置有电子系统控制的诊断系统。诊断系统由多处诊断探针布置于同一平面，按照实验的频次变化，每一个频次结束后，诊断探针按照下一帧设定的位置进行移动，从而实现对多位置的信息监测。

Claims (3)

1.一种空间磁场重联现象模拟装置，其特征在于：由真空舱、电源系统、等离子体流发射装置、磁场电流板、诊断系统组成，其中，真空舱用于提供空间磁场重联模拟所需要的真空环境；电源系统由等离子体源、加热源、磁约束电源、电流板脉冲电源组成，等离子体源用于产生模拟过程中所需要的等离子体源，加热源用于加热等离子体产生所需要的源，磁约束电源用于提供约束等离子体流的轴向磁场空间，电流板脉冲电源用于提供脉冲电流于平行电流板上以构造磁场重联所需要的磁场位型；等离子体发射装置采用旁热式氧化物阴极等离子体源，通过加热等离子体源刺激阴极激发产生等离子体流；磁场电流板为两块平行的电流板用于构建空间磁场重联现象所需的磁场位型；诊断系统采用内置探针用于在真空舱内置空间不同位置以检测磁场重联现象的发生，诊断系统由电子系统控制，可在同一个平面按坐标移动进行不同位置的测量。
2.根据权利要求1所述的一种空间磁场重联现象模拟装置，其特征在于：真空舱两端设计为等离子体源区用于产生实验所需等离子体流，其中一端同时安装机械泵和涡轮分子泵用于舱体抽真空，真空舱侧面布置有多个窗口，用于对空间磁场重联的发生过程进行诊断。
3.根据权利要求1所述的一种空间磁场重联现象模拟装置，其特征在于：磁场电流板采用全铜构成，通过一体化成型设计以减小电流板的接触电阻。
CN201810942246.9A 2018-08-17 2018-08-17 一种空间磁场重联现象模拟装置 Pending CN108986611A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810942246.9A CN108986611A (zh) 2018-08-17 2018-08-17 一种空间磁场重联现象模拟装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810942246.9A CN108986611A (zh) 2018-08-17 2018-08-17 一种空间磁场重联现象模拟装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108986611A true CN108986611A (zh) 2018-12-11

Family

ID=64553234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810942246.9A Pending CN108986611A (zh) 2018-08-17 2018-08-17 一种空间磁场重联现象模拟装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108986611A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109677645A (zh) * 2019-01-24 2019-04-26 哈尔滨工业大学 模拟三维非对称磁重联的等离子体模拟装置及其实现方法
CN109785718A (zh) * 2019-01-24 2019-05-21 哈尔滨工业大学 一种模拟地球磁尾三维磁重联的地面模拟装置及方法
CN115856461A (zh) * 2022-07-29 2023-03-28 哈尔滨工业大学 磁层顶三维非对称磁重联地面模拟真空舱及真空装置
CN116170930A (zh) * 2023-02-08 2023-05-26 中国科学技术大学 一种用于模拟电离层环境的磁滤等离子体源设备
CN116206517A (zh) * 2023-03-14 2023-06-02 哈尔滨工业大学 一种地球磁层极尖区磁场结构的地面模拟装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100001744A1 (en) * 2006-07-28 2010-01-07 Tokyo Electron Limited Standing wave measuring unit and standing wave measuring method in waveguide, electromagnetic wave utilization apparatus, plasma processing apparatus and plasma processing method
CN102291925A (zh) * 2005-03-07 2011-12-21 加州大学评议会 等离子体发电系统
CN104260907A (zh) * 2014-09-04 2015-01-07 兰州空间技术物理研究所 一种用于等离子体环境模拟实验的磁场模拟系统
CN104681381A (zh) * 2015-02-04 2015-06-03 中国科学技术大学 一种大面积高电离率氧化物阴极等离子体源
US20160163500A1 (en) * 2014-12-09 2016-06-09 Hermes Microvision Inc. Charged Particle Source
CN106898455A (zh) * 2017-03-06 2017-06-27 中国科学院合肥物质科学研究院 一种用于高磁通环形磁体高真空环境中的运动密封结构
CN209015530U (zh) * 2018-08-17 2019-06-21 中国科学技术大学 一种空间磁场重联现象模拟装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102291925A (zh) * 2005-03-07 2011-12-21 加州大学评议会 等离子体发电系统
US20100001744A1 (en) * 2006-07-28 2010-01-07 Tokyo Electron Limited Standing wave measuring unit and standing wave measuring method in waveguide, electromagnetic wave utilization apparatus, plasma processing apparatus and plasma processing method
CN104260907A (zh) * 2014-09-04 2015-01-07 兰州空间技术物理研究所 一种用于等离子体环境模拟实验的磁场模拟系统
US20160163500A1 (en) * 2014-12-09 2016-06-09 Hermes Microvision Inc. Charged Particle Source
CN104681381A (zh) * 2015-02-04 2015-06-03 中国科学技术大学 一种大面积高电离率氧化物阴极等离子体源
CN106898455A (zh) * 2017-03-06 2017-06-27 中国科学院合肥物质科学研究院 一种用于高磁通环形磁体高真空环境中的运动密封结构
CN209015530U (zh) * 2018-08-17 2019-06-21 中国科学技术大学 一种空间磁场重联现象模拟装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张寿彪: "磁场重联实验研究", 中国博士学位论文全文数据库, no. 10 *
张寿彪等: "实验室模拟磁力线重联的初步结果", 天文学报, vol. 52, no. 3 *
张寿彪等: "磁场重联实验室模拟进展", 天文学进展, vol. 28, no. 4, pages 249 *
张绍华: "并行自适应技术在背景太阳风及快速磁场重联数值模拟中的应用研究", 中国博士学位论文全文数据库, no. 3 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109677645A (zh) * 2019-01-24 2019-04-26 哈尔滨工业大学 模拟三维非对称磁重联的等离子体模拟装置及其实现方法
CN109785718A (zh) * 2019-01-24 2019-05-21 哈尔滨工业大学 一种模拟地球磁尾三维磁重联的地面模拟装置及方法
CN109677645B (zh) * 2019-01-24 2021-10-22 哈尔滨工业大学 模拟三维非对称磁重联的等离子体模拟装置及其实现方法
CN115856461A (zh) * 2022-07-29 2023-03-28 哈尔滨工业大学 磁层顶三维非对称磁重联地面模拟真空舱及真空装置
CN116170930A (zh) * 2023-02-08 2023-05-26 中国科学技术大学 一种用于模拟电离层环境的磁滤等离子体源设备
CN116170930B (zh) * 2023-02-08 2025-07-15 中国科学技术大学 一种用于模拟电离层环境的磁滤等离子体源设备
CN116206517A (zh) * 2023-03-14 2023-06-02 哈尔滨工业大学 一种地球磁层极尖区磁场结构的地面模拟装置及方法
CN116206517B (zh) * 2023-03-14 2023-07-18 哈尔滨工业大学 一种地球磁层极尖区磁场结构的地面模拟装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108986611A (zh) 一种空间磁场重联现象模拟装置
CN102507717B (zh) 一种卫星材料表面充电在轨监测的装置及方法
Kim et al. Velocity and energy conversion efficiency characteristics of ionic wind generator in a multistage configuration
CN104316260B (zh) 适用于高温环境微压力传感器的校准系统
CN103018645B (zh) 一种碳纤维复合材料的人工雷击损伤测试装置和测试方法
Mazumder et al. Enhancement in gas pumping in a square channel with two-stage corona wind generator
CN204595107U (zh) 一种gis设备导电回路接触状态模拟检测装置
CN103471808B (zh) 基于介质阻挡放电原理的等离子体流动显示装置
CN106125028A (zh) 电场传感器动态测试标定装置
CN203965529U (zh) 一种绝缘材料表面电荷二维分布自动测量系统
CN109686203A (zh) 静电电磁脉冲诱发空气式静电放电实验系统
Wang et al. In Situ Detection of Lithium‐Ion Battery Pack Capacity Inconsistency Using Magnetic Field Scanning Imaging
CN116337934A (zh) 一种磁补偿法模拟微重力热管综合测试装置及测试方法
CN107907818A (zh) 一种检测多场作用下电路板的实验装置及实验方法
Zhou et al. Simulation of ion-flow field at the crossing of HVDC and HVAC transmission lines
CN209015530U (zh) 一种空间磁场重联现象模拟装置
CN104684371B (zh) 一种无源可调磁场屏蔽器及其屏蔽方法
CN104340381B (zh) 一种空间低地轨道等离子体环境模拟实验系统
CN115856461A (zh) 磁层顶三维非对称磁重联地面模拟真空舱及真空装置
CN107907810B (zh) 真空度可调的平行板电极电磁场辐照放电系统
Tien et al. EHD gas pump in a square channel with electrodes mounted on one wall
CN109708680A (zh) 一种可同时检测多种仪表器的检验装置
CN208314083U (zh) 一种温度梯度场下盆式绝缘子表面电荷测量装置
CN203287510U (zh) 一种暂态地电波检测仪器的校验装置
CN103377864B (zh) 用于真空电子器件的强流电子注能散测量系统及测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181211