Что такое магнитная линия. Магнитное поле. Однородное и неоднородное магнитное поле - Документ. Ерюткин Евгений Сергеевич

На основе наших наблюдений представлено доказательство радиального и осевого удержания плазмы из-за градиентов магнитного поля. Образование молекул С 2, ранее наблюдавшихся в присутствии нейтрального газового фона низкого давления и усиленного потока ионов на оси, приписываются конечным эффектам ларморовского радиуса и уменьшению радиального переноса из-за наличия магнитного поля. Ранние исследования были посвящены измерениям параметров плазмы и выявлению кинетических эффектов, вызванных магнитным полем, на поведение плазмы.

В этом контексте мы сообщаем о серии экспериментов, направленных на раскрытие дальнейших деталей взаимодействия между плазмой, созданной лазером, и статическим осевым магнитным полем. Особое внимание уделено ограничению влияния магнитного поля на динамику плазмы и общие особенности плазмы. В частности, наши результаты показывают, что в условиях вакуума присутствие магнитного поля играет эквивалентную роль нейтрального фонового газа низкого давления, чтобы способствовать испусканию последовательных фронтов плазмы и образования молекул С 2, как сообщалось ранее в исследованиях лазерной углеродной плазмы.

Базовое фоновое давление составляло 5 ⋅ 1 0 - 5 торр. В качестве основной диагностики использовались оптическая эмиссионная спектроскопия с косвенным разрешением, временное разрешение плазменной визуализации и аксиальная чаша Фарадея. Разделение магнитов было зафиксировано на уровне 30 мм в качестве компромисса между напряженностью магнитного поля и осевым пролетом для развития лазерной плазмы. На рисунке показаны схемы кольцевых магнитов и вращающегося расположения лазерных мишеней с плазменными диагностическими устройствами.

График напряженности магнитного поля вдоль оси симметрии накладывается схематично, чтобы подчеркнуть наличие сильных градиентов поля. Здесь важно отметить, что магнитное поле меняет направление на несколько миллиметров от поверхности мишени. Вращающаяся мишень была коаксиальной с кольцевыми магнитами, и ее поверхность была параллельна одному из магнитов, как показано на схеме. Лазерный импульс фокусировался на мишень на расстоянии 5 мм от оси симметрии, чтобы избежать образования кратеров при многоимпульсной работе.

Излучение света от лазерной плазмы было собрано с помощью стандартного двух линзового массива, оптически связанного с волоконно-оптическим устройством, фокусирующего на разных расстояниях от поверхности мишени, с областью выборки с характерным диаметром 4 мм, ориентированной по оси плазменного плюма. Спектральное разрешение спектрометра составляет 2 нм при 500 нм. Время интегрирования 20 мс и усреднение 20 снимков были выбраны для усреднения по флуктуациям формирования лазерной плазмы из-за условий мишени.

Общий джиттер между лазером и стробирующими импульсами для фиксированного состояния составлял менее 20 нс. Передний фронт стробирующего импульса был выбран для определения времени изображения лазерной плазмы. Для характеристики потока осевых ионов была использована зона сбора 1 см 2, отрицательная смещенная чаша Фарадея, расположенная на расстоянии 32 см от лазерного фокального пятна, и чтобы определить энергетический спектр ионов по времени летных измерений. Из-за отрицательного смещения ионный коллектор также действует как детектор ультрафиолетового излучения.

Пунктирные линии в обоих случаях соответствуют расположению магнитов, фигуре, а также диафрагме кольца, рис. И отображать разрешенные плазменные изображения без и с наличием поля магнит - ности, соответственно. 8-битные изображения в оттенках серого были преобразованы в линейную цветовую шкалу для визуального улучшения пространственных функций. Без магнитного поля, фигура, плазменный шлейф расширяется вдоль радиального и осевого направлений. Характерный фронт плазмы, как сообщалось ранее для лазерной углеродной плазмы.

В масштабе времени менее 5 мкс в области за пределами мишени не наблюдается значительного видимого излучения плазмы. С магнитным полем наблюдается совершенно иное поведение, как видно на рисунке. Выявлены три основные отличительные особенности. Во-первых, время жизни видимой излучающей плазмы увеличивается в большей степени, чем во-вторых, полная видимая эмиссия сильно усиливается, заполняя большую часть пространства между магнитами в более поздние времена. В-третьих, видно, что второй фронт плазмы отсоединяется от плазмы на мишени около 4 мкс, которая затем распространяется в осевом направлении и расширяется радиально во времени с увеличением видимого излучения.

Увеличение светимости можно отнести либо к увеличению локальной плотности эмиттеров, так и к эффектам удержания, появлению дополнительных видов плазмы или увеличению скорости возбуждения из-за повышенной коллизионности. Чтобы получить дальнейшее представление о развитии плазменных фронтов и общей динамике плазмы в присутствии магнитного поля, в разное время мы проводили осевое и радиальное сканирование профиля излучения света лазерного плазменного шлейфа. Это представлено на рисунке, который показывает осевые сканы плазменного плюма, метка указывает на начало отрыва второго фронта плазмы, через 16 мкс и 39 мкс.

Метка идентифицирует положение первого фронта в одно и то же время. Метка указывает на излучающую свет плазму, расположенную вблизи отверстия магнита, установленного напротив лазерной мишени, которая накапливается до того, как видимые излучающие светлые плазменные фронты достигнут этого осевого положения. Это можно увидеть, глядя на осевое положение первого фронта плазмы в 16 и 39 мкс. На рисунке, который показывает радиальное сканирование плазменного шлейфа, ясно видно влияние магнитного поля на динамику плазмы.

Поскольку лазерное фокальное пятно находится на расстоянии 5 мм от оси симметрии поля, радиальное расширение лазерной плазмы в направлении слева, как видно на рисунке, происходит в области с более высокой напряженностью поля, чем в правой части. В результате этого накапливается образование плазменной эмиссии, как только расширение плазмы достигает более высокой области поля. Этот эффект можно также оценить в изображениях плазмы, показанных на рисунке, в 16 и 39 мкс. Кроме того, мы использовали осевые сканиро - вания излучения света как функцию времени для описания осевой динамики фронтов плазмы.

Характерные скорости были получены линейным подходом к эволюции положения фронтов. Данные показывают, что при наличии магнитного поля осевая скорость первого фронта плазмы уменьшается в два раза по сравнению с отсутствием поля. Характерная скорость второго фронта плазмы, наблюдаемая в присутствии магнитного поля, также уменьшается в два раза по сравнению с первой при тех же условиях.

Постоянная осевая скорость указывает на свободное расширение, характерное для лазерной плазмы в вакууме. Мы показываем разнесенную разрешающую эмиссионную спектроскопию без и с магнитным полем. С магнитным полем, помимо линий С и С, полосы излучения С 2 видны во всей области между магнитами. Очевидное уменьшение молекулярного излучения, наблюдаемое с магнитным полем, касательным к мишени, связано с частичным затенением линии визирования кольцевым магнитом. Наблюдение этого молекулярного излучения было сообщено ранее в контексте исследований лазерной углеродной плазмы в нейтральных фазах низкого давления.

Следует отметить, что без магнитного поля интенсивность линии монотонно уменьшается как функция расстояния от лазерного пятна, тогда как в случае максимальной интенсивности магнитного поля на расстоянии 5 мм от лазерного пятна, а затем для уменьшения конечное увеличение в положении, почти касательном к второй кольцевой магнитной плоскости. Это показано на рисунке для обоих условий без и с магнитным полем. Вычисление плазмы регистрировалось из точки на оси плазменного плюма, на расстоянии 15 мм от лазерной фокальной точки, что соответствует средней плоскости между магнитами.