用CO2激光干涉仪测量快速运动脉冲功率等离子体中的电子密度

（论文部分内容摘抄）

由于磁场释放的自由能，热磁化等离子体结构往往表现出非常复杂的动力学行为。一个众所周知的例子是弧形太阳耀斑，经过长期的准静止阶段后，通常会导致壮观的日冕物质抛射(CME)。在这些结构演化过程中，由于沿着磁场线产生的等离子体电流，最初的弧形磁场演化为复杂的扭曲结构。大量的理论工作、模拟以及一些实验工作已经对该主题进行了研究（例如，参见相关文献及其中的参考文献）。将太阳现象缩小到实验室规模会导致实验时间短至微秒，因此需要快速诊断。此外，产生这些等离子体所需的高峰值功率将实验的重复率限制在每分钟不到一次，这使得取平均变得不切实际。

在这项工作中，我们报告了脉冲功率放电实验中对电子密度的暂时解算测量结果。它是在贝兰等人工作的基础上设计的为了研究上述扭曲磁通配置。利用红外激光干涉仪测量线积分电子密度，并与三探针测量相比较。

通过等离子体导致的光路长度变化的总时间分辨率约为10ns。应该提到的是，图所描述的情况是一种强有力的简化。从图可以看出，放电电弧在通过激光束开始扭结。在电弧膨胀方向上的扭结导致膨胀速度的波动。此外，垂直于电弧膨胀方向的扭曲可导致激光束不再垂直于其正常值通过等离子体横截面，而是在一定角度下通过。结果，图中所示的圆形横截面将变为椭圆形。

由广州市元奥仪器有限公司提供的pco.dicam型号高速像增强相机，该系统由四个独立的相框相机组成，它们被放置在一组分束器后面，这样每个相机都能看到相同的场景。每个单独的相机都可以在双快门模式下使用，这允许在一系列中获取多达8张图像，以捕捉每个单独实验的等离子体演化。典型的曝光时间约为50纳秒为我们的实验。

如图所示。典型的放电演变(在一系列重复放电中拍摄的单幅图像)，主电容组充电至正负3 kV，t=0对应触发晶闸管。重探头在左边是一条线形的阴影。

为了测量快速运动脉冲功率放电中的电子密度，建立了一个红外激光干涉仪。将结果与静电三重探针的测量结果进行比较，发现结果合理一致。解决了在小型和快速运动的等离子体结构中进行干涉仪测量的特殊困难。主要问题是激光束的偏转由于在等离子体中的陡峭的密度梯度。一方面，这给干涉仪带来了卓越的性能，另一方面，它可以作为一个额外的独立检查的结果。

最后，该设备的分辨率是足够好的访问放电演化的甚至小的功能。应用反演技术来估计放电电弧内的密度的空间分布。它显示了等离子体运动方向上的轮廓陡化，这与光束偏转测量结果一致。

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