[发明专利]模拟三维非对称磁重联的等离子体模拟装置及其实现方法

权利要求书

1.模拟三维非对称磁重联的等离子体模拟装置，其特征在于，它包括真空腔室(1)、偶极磁场线圈(2)、上磁镜场线圈(3)、下磁镜场线圈(4)、电子回旋共振等离子体源、六硼化镧等离子体源(6)和等离子体枪(8)；

真空腔室(1)与真空抽气装置相连通，偶极磁场线圈(2)、上磁镜场线圈(3)和下磁镜场线圈(4)放置在真空腔室(1)内，偶极磁场线圈(2)是截面为圆形或矩形的环形线圈，上磁镜场线圈(3)和下磁镜场线圈(4)是横截面为圆形或矩形的椭圆形线圈，上磁镜场线圈(3)和下磁镜场线圈(4)之间的间距可调，上磁镜场线圈(3)和下磁镜场线圈(4)相对偶极磁场线圈(2)对称，且上磁镜场线圈(3)和下磁镜场线圈(4)的中心点连线与偶极磁场线圈(2)的距离可调；

偶极磁场线圈(2)通电后产生模拟地球磁场位形的磁场，上磁镜场线圈(3)和下磁镜场线圈(4)产生模拟磁镜场位形的磁场；

电子回旋共振等离子体源放置在真空腔室(1)的外部，通过石英玻璃窗口将电磁波注入共振磁场区域，在模拟地球磁场位形侧产生电子回旋共振等离子体(5)；

六硼化镧等离子体源(6)放置于上磁镜场线圈(3)的上部，且长度方向设置为沿上磁镜场线圈(3)的长轴方向，在磁镜场磁场位形侧产生磁层顶磁鞘侧等离子体(7)；

等离子体枪(8)驱动磁层顶磁鞘侧等离子体(7)，使其与电子回旋共振等离子体(5)在磁零点(9)处发生三维非对称磁重联；

通过两个非对称的等离子体源电子回旋共振等离子体源和六硼化镧等离子体源(6)产生三维非对称磁层顶磁重联过程。

2.根据权利要求1所述的模拟三维非对称磁重联的等离子体模拟装置，其特征在于，所述真空腔室(1)内充有工作气体，为氢气、氦气、氩气或氮气，真空腔室(1)的极限真空为1×10^-4Pa，工作真空为10^-2Pa。

3.根据权利要求1所述的模拟三维非对称磁重联的等离子体模拟装置，其特征在于，电子回旋共振等离子体源产生的电子回旋共振等离子体(5)的频率为2.45GHz和6.4GHz，密度为10¹¹-10¹²cm^-3；电子回旋共振等离子体(5)密度和电子温度通过调节电子回旋共振等离子体源的频率和功率实现。

4.根据权利要求1所述的模拟三维非对称磁重联的等离子体模拟装置，其特征在于，六硼化镧等离子体源(6)产生的磁层顶磁鞘侧等离子体(7)的密度为10¹²-10¹³cm^-3，磁层顶磁鞘侧等离子体(7)的密度和电子温度通过调节六硼化镧等离子体源(6)的功率实现。

5.根据权利要求1所述的模拟三维非对称磁重联的等离子体模拟装置，其特征在于，六硼化镧等离子体源(6)为大尺寸等离子体源，尺寸为沿上磁镜场线圈(3)的长轴方向不小于30cm。

6.模拟三维非对称磁重联的等离子体模拟装置的实现方法，其特征在于，该实现方法的具体过程为：

S1、向真空腔室(1)内充入工作气体；

S2、偶极磁场线圈(2)、上磁镜场线圈(3)和下磁镜场线圈(4)通电，偶极磁场线圈(2)产生模拟地球磁场位形的磁场，上磁镜场线圈(3)和下磁镜场线圈(4)产生模拟磁镜场位形的磁场，模拟磁鞘侧行星际磁场；

S3、打开电子回旋共振等离子体源和六硼化镧等离子体源(6)，电子回旋共振等离子体源在模拟地球侧产生电子回旋共振等离子体(5)，六硼化镧等离子体源(6)在模拟磁鞘侧产生磁层顶磁鞘侧等离子体(7)；

S4、打开等离子体枪(8)，驱动磁层顶磁鞘侧等离子体(7)，使其与电子回旋共振等离子体(5)在磁零点(9)处发生三维非对称磁重联。

7.根据权利要求6所述的模拟三维非对称磁重联的等离子体模拟装置的实现方法，其特征在于，改变偶极磁场线圈(2)中的电流，实现电子回旋共振等离子体(5)的密度剖面的控制。