碰撞等離子體中電磁波傳播及微波探針研究.pdf

1、本文對電磁波在碰撞等離子體的傳播過程進行了系統(tǒng)的數(shù)值模擬計算，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，提出了兩種實驗上新的診斷局域等離子體密度的方法。
　　 我們通過MAFIA軟件模擬了電磁波在非均勻等離子體中的傳播，對微波的幅度和相位進行分析?？芍姶挪ǖ乃p與等離子體密度的弦積分有關(guān)，與密度剖面形狀無關(guān)。并且提出了可以利用微波測量等離子體密度剖面的方法。此外，模擬說明此時衰減與碰撞頻率成反比，給實驗上利用此特性診

2、斷碰撞頻率提供了理論依據(jù)。最后，對二維斜等離子體層和三維球形等離子體進行模擬，發(fā)現(xiàn)脈沖波包穿過等離子體時，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，并且三維問題可簡化為一維問題進行計算解決，大大簡化今后的工作。
　　 從電磁波色散方程出發(fā)，對電磁波的衰減和相移計算，將等離子體分為三個區(qū)：反射區(qū)，透射區(qū)，碰撞平臺區(qū)，其中碰撞平臺區(qū)又因為碰撞的強弱而分為強碰撞平臺區(qū)和弱碰撞平臺區(qū)，給出了劃分依

3、據(jù)，并分別針對每個不同區(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驗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-微波點天線，這種診斷方式避免了碰撞和鞘層影響。微波點天線是利用同軸電纜線的終端制作而成，因為其物理尺寸小，所以可以將其伸入等離子體內(nèi)部，利用微波在等離子體中的

4、傳播出現(xiàn)的截止現(xiàn)象進行等離子體密度的診斷。我們對診斷結(jié)果進行了分析，認(rèn)為利用截止頻率來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測量結(jié)果進行了驗證，說明微波點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雙探針測量進行標(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、實驗、模擬三方面

5、介紹并驗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)。在實驗上，對微波單極子天線的制作，發(fā)射性質(zhì)做了詳細(xì)的測量和分析，提高了微波單極子天線作為診斷工具的測量性能，并在非色散介質(zhì)中進行了可行性證實。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量一致的結(jié)果，從而從實驗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