一种空间磁场重联现象模拟装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种空间磁场重联现象模拟装置
本技术涉及磁场重联模拟的
，具体涉及一种空间磁场重联现象模拟装置。
技术介绍
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，因此本技术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。
技术实现思路
本技术的目的在于：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。本技术采用的技术方案为：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。本技术与现有技术相比的优点在于：(1)本技术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)本技术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)本技术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为本技术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技术。如图1所示，本技术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内留有多处本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢锦林，陆全明，庄革，吴征威，王琨，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34