work for science, work for fun分享 http://blog.sciencenet.cn/u/liuwangyan 基础等离子体物理,空间等离子体物理的实验室研究

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科大空间等离子体实验(KSPEX)装置建成

已有 3242 次阅读 2016-10-2 17:04 |个人分类:科研笔记|系统分类:科研笔记

传统的空间等离子体的研究方法是利用发射卫星或者探空火箭来获得空间等离子体的物理参数。限制于空间仪器耗费巨大、重复性差,对许多微观物理过程尚缺乏精确研究。利用实验室等离子体模拟空间物理过程是一种新发展的方法。利用实验室等离子体易于重复、诊断精确、耗费较小的特点,对一些空间观测现象进行研究。目前有许多空间模拟装置致力于实验室研究空间等离子体,如美国加州大学洛杉矶分校的LAPD装置对空间阿尔芬波动研究取得了大量优秀成果。近日,中国科学技术大学地球和空间科学学院雷久侯教授课题组联合物理学院曹金祥课题组设计建设完成了科大空间等离子体实验(Keda Space Plasma EXperiment, KSPEX)装置。

KSPEX装置由真空室、磁场系统、真空获得系统和等离子体诊断系统等部分组成。KSPEX真空室长3m,直径0.5m,包含两端的双等离子体源区和中心等离子体实验区三部分。磁场系统由6组电磁线圈构成,分别由3台大功率稳压稳流线性精密电源进行供电。依据实验需求可以产生均匀磁场强度在20-1000G轴向磁场、磁镜等多种磁场位形,从而对不同区域的空间等离子体进行研究。KSPEX真空获得系统由两套真空泵机组构成,每套包括600L/s涡轮分子泵和8L/s前级泵各一台。真空泵机组和真空室由超高真空插板阀连接,整个装置极限本底真空为10-5Pa。 巨大的真空室体积,可以减小壁效应对实验的影响,从而使得该装置适宜于空间等离子体的研究。

同时KSPEX装置依据实验需求可进行直流辉光放电、射频放电、直流灯丝和氧化物阴极放电产生大面积均匀等离子体模拟空间环境。设计参数等离子体密度107-1011cm-3,初步数据显示等离子体密度均匀、涨落极小。可以实现fpe/fce=10-2-10, 等离子体β=10-7-1,可以模拟从电离层到磁层不同空间等离子体区域的物理状态。

KSPEX装置等离子体参数调节和数据采集基于NI PXI平台完成,采用2块NI控制板卡和3块数据采集卡(250M/s高速数据采集卡、2块20M/S中速数据采集卡),可以通过计算机远程调控实验条件和精确采集实验数据。等离子体参数诊断系统包括探针诊断、微波诊断和光谱诊断等方法。其中探针诊断基于二维探针测量平台完成,该平台可实现0.5mm的精度300×250mm2范围内高时空分辨率的等离子体密度、温度等参数的获取。

KSPEX装置未来将对空间等离子体波动和不稳定性的激发和演化,空间等离子体电子离子加速加热过程和等离子体波粒相互作用等问题进行研究。目前介绍该装置的论文发表在著名科学仪器期刊《Review of Scientific Instruments》上,第一作者为刘宇博士,该项目得到了国家自然科学基金、中组部青年千人计划等项目的资助。

http://scitation.aip.org/content/aip/journal/rsi/87/9/10.1063/1.4962406




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1 徐义贤

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