[科普中国]-等离子体羽流

简介

等离子体羽流中包括蒸汽、等离子体、分子团簇、表面碎屑， 蒸汽和等离子体以几十公里每秒超高速反喷，颗粒较大物质反喷速度则较低。等离子体羽流随着时间在空间上的演化， 并且与碎片表面相互作用，形成反喷冲量。

等离子体羽流演化过程等离子体羽流演化过程的特点是超高速、瞬间作用、强自发光背景、小尺度。 等离子体羽流速度可达几十公里每秒； 等离子体羽流与碎片瞬间作用，例如对于纳秒级脉宽激光，等离子体羽流作用时间小于几百纳秒；激光辐照下等离子体羽流产生强烈的自发光，造成羽流观测困难；等离子体羽流从产生到脱离碎片表面是在小尺度空间上完成，这些都对测量技术要求提出了挑战。

特性在不同的激光入射角度下，等离子体羽流喷射主要沿着靶面法向方向。 等离子体羽流中密度和温度最高的区域首先出现在靶面附近， 随着时间推移，逐渐向四周扩散，但密度和温度也在逐渐降低1。

不同激光入射角度下的等离子体羽流特性与激光垂直入射时的特性基本一致。

等离子体羽流诊断技术在流场显示中，通常利用光学显示技术来测量气体参数的空间分布，流场的温度、压力、浓度和马赫数等状态参数与密度有确定的函数关系， 而气体的光学折射率是其密度的函数。 由于流场的折射率变化对通过流场的光线产生扰动， 因此可利用一些经典的光学方法鉴别光线被扰动的程度， 从而确定流场折射率的空间分布。通常来讲，干涉法常用来研究温度梯度很小的自然对流附面层； 而纹影法和阴影法常用于研究存在着较大温度梯度或密度梯度的流场，如高速流动、可压缩流动、流体混合、对流传热、分层流动和燃烧等。 光学显示技术中最常用的一种方法是阴影法， 它的测量系统结构简单且具有较高的分辨能力，得到的流场图像清晰、精度高，便于后期的分析处理。

基于阴影法来搭建等离子体羽流测量系统，阴影法成像原理是利用光线通过气流扰动区后，由于流场密度不同致使折射率不同， 在不同折射率下光会发生不同程度偏折和位移， 偏折光线到达的区域形成亮区，偏折光线到达不了的区域形成暗区( 阴影区 )， 从而使得像平面上呈现明暗变化。