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用CO2激光干涉儀測量快速運動脈沖功率等離子體中的電子密度
（論文部分內(nèi)容摘抄）
由于磁場釋放的自由能，熱磁化等離子體結(jié)構(gòu)往往表現(xiàn)出非常復(fù)雜的動力學(xué)行為。一個眾所周知的例子是弧形太陽耀斑，經(jīng)過長期的準(zhǔn)靜止階段后，通常會導(dǎo)致壯觀的日冕物質(zhì)拋射(CME)。在這些結(jié)構(gòu)演化過程中，由于沿著磁場線產(chǎn)生的等離子體電流，起初的弧形磁場演化為復(fù)雜的扭曲結(jié)構(gòu)。大量的理論工作和模擬以及一些實驗工作，已經(jīng)對該主題進行了(例如:和其中的參考文獻。將太陽現(xiàn)象縮小到實驗室規(guī)模會導(dǎo)致實驗時間短至微秒，這就需要快速診斷。此外，產(chǎn)生這些等離子體所需的高峰值功率限制了實驗的重復(fù)率小于1min，這使得平均不切實際。
在這項工作中，我們報告了脈沖功率放電實驗中對電子密度的暫時解算測量結(jié)果。它是在貝蘭等人工作的基礎(chǔ)上設(shè)計的為了研究上述扭曲磁通配置。利用紅外激光干涉儀測量線積分電子密度，并與三探針測量相比較。
通過等離子體導(dǎo)致的光路長度變化的總時間分辨率約為10ns。應(yīng)該提到的是，圖所描述的情況是一種強有力的簡化。從圖可以看出，放電電弧在通過激光束開始扭結(jié)。在電弧膨脹方向上的扭結(jié)導(dǎo)致膨脹速度的波動。此外，垂直于電弧膨脹方向的扭曲可導(dǎo)致激光束不再垂直于其正常值通過等離子體橫截面，而是在一定角度下通過。結(jié)果，圖中所示的圓形橫截面將變?yōu)闄E圓形。
該（德國Excelitas PCO 公司的PCO.dicam型號）高速像增強相機系統(tǒng)由四個的相框相機組成，它們被放置在一組分束器后面，這樣每個相機都能看到相同的場景。每個單獨的相機都可以在雙快門模式下使用，這允許在一系列中獲取多達8張圖像，以捕捉每個單獨實驗的等離子體演化。典型的曝光時間約為50納秒為我們的實驗。
如圖所示。典型的放電演變(在一系列重復(fù)放電中拍攝的單幅圖像)；主電容組充電至正負(fù)3 kV，t=0對應(yīng)觸發(fā)晶閘管。重探頭在左邊是一條線形的陰影。
為了測量快速運動脈沖功率放電中的電子密度，建立了一個紅外激光干涉儀。將結(jié)果與靜電三重探針的測量結(jié)果進行比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)果合理一致。解決了在小型和快速運動的等離子體結(jié)構(gòu)中進行干涉儀測量的特殊困難。主要問題是激光束的偏轉(zhuǎn)由于在等離子體中的陡峭的密度梯度。一方面，這給干涉儀帶來了優(yōu)越的性能，另一方面，它可以作為一個額外的檢查的結(jié)果。
該設(shè)備的分辨率是足夠好的訪問放電演化的甚至小的功能。應(yīng)用反演技術(shù)來估計放電電弧內(nèi)的密度的空間分布。它顯示了等離子體運動方向上的輪廓陡化，這與光束偏轉(zhuǎn)測量結(jié)果一致。
德國Excelitas PCO公司的pco.dicam像增強器相機，具備高分辨率、高感光度、快速幀重復(fù)率、精確捕捉超快速過程的優(yōu)點，將可實現(xiàn)高效的單光子檢測，為實驗提供強而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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