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本论文主要分为两部分,分别介绍了激光等离子体推进技术和实验室天体物理两个方面的实验研究工作。
第一部分主要介绍了激光等离子体推进技术的实验研究工作。
主要围绕提高推进系统的耦合系数和比冲方面进行。在提高耦合系数方面,首先,利用阴影成像的办法研究了激光聚焦击穿空气产生的冲击波,发现改变透镜姿态可以使冲击波产生节状结构,不利于激光能量的沉积,从而降低大气呼吸模式的耦合系数。其次,又利用阴影成像的办法对玻璃约束烧蚀中等离子体的相互作用过程进行观察,给出了其提高推进系统耦合系数的原因。最后,提出两种液体约束的烧蚀模式,成功的将耦合系数提高30倍,300倍,最大耦合系数达到17858.3N/MW;在提高比冲方面,提出了一种薄膜作为推进剂的推进模式,利用薄膜的厚度,消除由于热传导和溅射造成的质量损失,将比冲提高到1520 s,远远高于直接烧蚀模式下的比冲。此外,还介绍了竖直方向激光等离子体推进的演示实验,在0.2 s内成功的将重39的光船推高0.95 m,出色的完成了实验。
第二部分主要介绍了实验室天体物理的实验研究工作。
主要包括三个大型的实验室天体物理实验:第一个实验是2006年在上海利用神光II号大型激光装置进行的关于测量等离子体的辐射不透明度的大型实验室天体物理实验。实验中主要利用间接加热的办法对SiO2等离子体不同时刻的吸收谱线进行了测量,并利用实验结果对现有的理论模型进行了校验;第二个实验是2008年在日本大阪大学进行的光离化等离子体实验研究。实验利用GEKKO-XII的12路激光压缩一个CH球壳产生一个高温的X射线源,对一低温、低离化态的等离子体进行加热,从而产生远离热平衡状态的光离化等离子体,并对其自发射谱线进行测量,用于和天文观测的结果进行比较;第三个实验是2008年9月在上海进行的无碰撞冲击波的实验研究,实验利用神光II激光装置产生两个高速、低密度、相向膨胀的等离子体,通过观察等离子体的碰撞过程,对无碰撞冲击波的产生和Weibel不稳定性的形成进行研究。三个实验均成功的完成了实验任务,并取得了非常好的实验结果,这对更好的理解天文观测的结果具有十分重要的意义。