边界条件和流动对圆柱形等离子体柱中扭结不稳定性的影响

（论文部分内容摘抄）

在线性等离子体柱中，对扭转不稳定性进行了实验研究，其中一端与等离子源线性连接，另一端没有线性连接因而可以自由地滑过端板表面。后一种边界条件是等离子体鞘电阻的结果，该等离子体内至少部分地将等离子与端板隔绝。当等离子体电流超过阈值时，观察到螺旋m=1扭转模生长，接近临界值时，其特征为在自由轴边界处具有最大位移的轴向结构。观察到模式的方位旋转，从而螺旋扭曲的柱子总是螺旋进入自由的轴向边界。新的扭转理论精确地重现了扭转模式的结构、旋转频率和不稳定值等。其包括轴向等离子体流和等离子体柱的一端，由于经过实验验证的完美非线束缚边界条件而自由移动。简要回顾了扭转理论及其对与本实验相关的边界条件的预测。

电流驱动的扭结不稳定性是一种磁流动力学(MHD)不稳定性，它影响着自然界和实验室的载流等离子体。此实验学者是第一个确定与太阳细丝爆发的扭结磁绳动力学。实验室人员认为，MHD扭曲不稳定性发生在太阳磁通绳上，这会扰乱产生扭曲的磁云穿过太阳系。对天体物理喷流的MHD模型来说，扭结的产生非常重要，经常被用来解释同步辐射中扭结结构的观测结果。在实验室人员中也观察到MHD扭结模式和托卡马克等离子体，形成期间被认为是介导环向极向磁通的转换。在应用的场磁等离子体推进器中，扭转不稳定性似乎会恶化推进器在高电流时的性能，抑制这种不稳定性的方法非常可取。

可见光图像由等离子体柱发射的信号是（广州市元奥仪器有限公司的pco.dicam）像增强型相机，提供两个12位图像，每个分辨率为1280x1024像素。两种地质学布置是可能的。所述视角是端向所述腔室，允许对所述柱进行全局视图;(B)靠近外部阳极的横向视图，用于精确测量柱在其表面上的位移。使用原位探针的已知尺寸来完成每厘米像素的校准。在目前的实验中，与相机集成时间(40-200 ns)相比，时间估计稍长(>1us)，因此图像很可能精确地解析等离子体动力学。对于我们的等离子体条件，H发射、等离子体内的密度和电流密度分布大致相似，可见发射和确定血浆柱的位置。

从外部阳极附近的侧面观察可见光发射的快速照相机图像。当等离子枪从右向左射击时，可见发射的快速门控图像显示(a)均衡和(b)等离子体在旋转期间的移位位置。(c)沿着与外部阳极平行的视线，在外部阳极前方轴向间隔1厘米的可见光发射率剖面。

在扭转动力学的非线性阶段，非线性束缚端的作用应该是重要的。对于松弛扭转等离子体，由于轴向场线弯曲，破坏稳定的JoxB2力与稳定的曲率力共存。自由端BC允许位移，弯曲和恢复力减小，这可能会导致与线系情况相比更大水平饱和的螺旋状态。对于略微超临界的情况，可以用弱非线性理论来检验。但包括等离子体流动和鞘电阻的影响。最近已经模拟了完全非线性扭结模式。使用基于标准电阻MHD模型的FLIP3D-MHD，仿真结果证实了目前的实验结果和理论工作，表明自由端焊剂绳更容易受到扭结不稳定性的影响。

德国Excelitas PCO公司pco.dicam相机，具备高分辨率、高感光度、快速帧重复率、精确捕捉超快速过程的优点，将可实现高效的单光子检测，为实验提供强而有力的图像数据支持。

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