用激波管研究高温气体的现状与发展.pdf

1、用 激 波 管 研 究 高 温 气 体 的 现 状 与 发 展崔 季 平从 年 代 起 , 激 波 管 的 研 究 已 与 原 子 分 子 物 理 学 、 光 谱 学 、 天 体 物 理 、 化 学 动 力 学 、 等离 子 体 动 力 学 、 喷 气 推 进 技 术 燃 烧 、 爆 炸 、 化 工 技 术 以 及 力 学 的 各 分 支 学 科 , 都 有 一 定 的 相互 影 响 。 到 年 代 , 激 波 管 及 其 研 究 的 对 象 , 差 不 多 快 耍 形 成 一 门 专 门 技 术 领 域 。 世 界 上 各研 究 单 位 的 激 波 管 工 作 虽 然 各 有 不 同 , 但

2、 激 波 管 工 作 的 内 在 特 色 , 如 实 验 工 具 及 理 论 处 理 方法 等 , 却 有 共 同 性 。 这 种 发 展 导 致 从 峰 巨 年 起 两 年 一 次 定 期 召 开 激 波 管 国 际 会 议 , 有 几 十 个国 家 的 几 百 名 代 表 参 加 , 进 行 相 当 广 泛 的 国 际 交 流 。用 激 波 管 进 行 高 温 气 体 方 面 的 研 究 , 经 过 近 二 十 年 的 发 展 , 已 得 到 了 广 泛 的 重 视 , 在 一些 领 域 内 做 出 了 一 定 贡 献 。 但 总 的 说 来 , 激 波 管 技 术 还 是 在 成 长 过

3、 程 当 中 。 它 的 进 一 步 发 展肯 定 会 在 相 当 广 阔 的 领 域 内 产 生 新 的 影 响 。在 高 温 气 体 辐 射 性 质 研 究 方 面 , 值 得 重 视 的 是 定 量 光 谱 与 激 波 管 技 术 的 结 合 。 最 近 关 于原 子 的 电 子 跃 迁 数 或 受 激 态 的 寿 命 的 计 算 和 实 验 都 有 了 发 展 。 激 波 管 是 一 个 能 相 当 精 确 地控 制 光 谱 激 发 条 件 的 工 具 。 因 此 定 量 光 谱 必 然 耍 与 激 波 管 高 温 气 体 的 研 究 相 结 合 而 发 展 。 其前 景 是 有 可

4、能 用 激 波 管 做 标 准 光 源 。 由 于 其 温 度 可 达 相 当 高 , 激 发 条 件 准 确 , 波 谱 范 围 广 ,所 以 一 旦 这 一 设 想 实 现 , 激 波 管 作 为 标 准 光 源 , 就 将 在 工 程 技 术 和 科 学 研 究 中 广 泛 应 用 。 目 前这 一 方 面 的 发 展 还 有 待 克 服 一 系 列 困 难 激 波 管 流 动 不 理 想 的 影 响 和 杂 质 的 影 响 等 , 例 如 ,在 比 较 低 的 激 波 速 度 下 , 对 激 发 高 激 发 态 的 光 谱 来 说 , 激 波 速 度 变 化 , 就 会 影 响 光 温

5、 变化 达 左 右 这 就 对 激 波 管 技 术 提 出 了 很 高 的 耍 求 。 关 于 高 温 气 体 的 锅 射 吸 收 系 数 的 实验 , 近 十 年 来 有 一 定 的 工 作 成 果 , 例 如 在 回 地 飞 船 气 动 加 热 和 核 爆 炸 方 面 , 对 一 些 简 单 物 质在 激 波 管 中 进 行 了 测 量 。 这 方 面 的 进 一 步 研 究 对 今 后 工 程 技 术 与 天 体 物 理 研 究 有 基 本 意 义 。在 高 温 下 原 子 分 子 内 部 自 由 度 的 激 发 动 力 学 方 面 , 近 十 年 来 用 激 波 管 对 一 系 列 简

6、 单 分 子的 转 动 、 振 动 的 激 发 和 去 激 过 程 进 行 了 初 步 的 系 统 实 验 , 果 积 了 一 定 数 据 。 近 年 来 由 于 得 到激 光 技 术 发 展 的 应 用 和 刺 激 又 有 更 细 致 的 工 作 , 例 如 关 于 平 一 振 交 换 的 “ 化 学 ” 效 应 , 转 一 振交 换 , 电 子 一 振 动 交 换 等 复 杂 过 程 的 研 究 。高 温 反 应 边 力 学 发 展 快 有 二 十 年 的 厉 史 了 。 早 期 集 中 在 卤 族 双 原 子 分 子 的 解 离 , 继 之 则有 氮 氧 系 的 化 学 反 应 及 惰

7、性 气 体 的 电 离 动 力 学 。 近 十 年 来 多 结 合 燃 烧 、 高 温 化 工 等 问 题 , 研究 有 关 物 质 在 高 温 下 的 裂 解 、 氧 化 及 复 杂 的 链 反 应 。 与 等 离 子 体 动 力 学 相 结 合 而 研 究 气 体 在高 温 下 电 离 与 复 合 过 程 , 也 继 续 受 到 重 视 。在 以 上 两 种 非 平 衡 态 的 研 究 中 , 目 前 已 经 广 泛 采 用 快 速 光 谱 、 质 谱 、 激 光 干 涉 仪 等 新 技术 。 在 激 波 管 技 术 上 , 最 近 又 采 用 可 控 制 的 稀 疏 波 或 普 朗 沱

8、一 迈 耶 波 冷 却 激 波 加 热 气 体 , 来研 究 逆 向 反 应 , 对 正 向 加 热 过 程 测 得 的 数 据 以 另 一 侧 面 的 来 补 足 , 并 发 现 了 一 些 新 的 问 题 。这 在 工 程 技 术 应 用 上 也 是 重 要 的 。一 一关 于 等 离 子 体 动 力 学 研 究 , 主 耍 有 两 方 面 工 作 。 一 方 面 是 用 随 时 间 变 化 的 电 磁 塌 来 驱 动等 离 子 体 , 例 如 电 磁 激 波 管 的 研 究 。 另 一 方 面 是 研 究 激 波 加 热 的 运 动 等 离 子 体 与 电 磁 塌 的 相互 作 用 。

9、目 前 普 通 激 波 管 中 得 到 的 运 动 等 离 子 体 , 其 磁 数 大 约 是 几 的 量 级 , 但 流 速 和 电导 率 仍 有 可 能 由 提 高 激 波 速 度 来 达 到 , 所 以 在 激 波 管 中 进 行 磁 流 体 力 学 的 研 究 可 能 是 有 前 途的 。多 相 激 波 管 是 一 种 新 技 术 。 它 把 高 温 气 体 的 研 究 领 域 扩 一 大 到 固 体 颗 粒 在 高 温 下 熔 化 与 蒸发 的 过 程 以 及 蒸 发 成 的 气 体 的 性 质 的 研 究 。 这 给 研 究 各 种 工 业 粉 尘 爆 炸 机 理 提 供 了 手

10、段 。 反过 来 进 行 高 温 下 过 饱 和 蒸 汽 的 凝 结 的 研 究 工 作 也 有 了 开 展 , 这 可 能 对 研 究 各 种 大 气 污 染 问 题是 重 要 的 。高 温 气 体 输 运 性 质 的 实 测 数 据 目 前 很 缺 。 最 近 用 高 分 辨 率 干 涉 仪 或 电 子 注 在 激 波 管 中 测定 高 温 气 体 的 热 传 导 。 但 由 于 困 难 很 多 , 这 方 面 的 工 作 仍 然 没 有 得 到 发 展 。在 基 本 研 究 方 面 , 近 十 年 来 关 于 过 渡 区 激 波 结 构 的 研 究 进 行 了 工 作 。 目 前 的 趋

11、 势 是 研 究平 动 自 由 度 与 内 部 自 由 度 之 间 有 祸 合 、 有 化 学 反 应 而 且 平 动 及 内 部 自 由 度 之 间 有 祸 合 的 激 波结 构 , 考 虑 到 辐 射 能 流 影 响 的 激 波 结 构 , 以 及 电 离 超 前 现 象 。基 本 研 究 方 面 还 值 得 一 提 的 , 就 是 用 激 波 管 技 术 制 造 自 由 分 子 束 。 其 能 量 范 围 正 好 在 我们 高 温 气 体 考 虑 的 工 程 技 术 问 题 范 围 之 内 , 郎 由 。 一 到 电 子 伏 。 这 种 发 展 的 影 响 可 能 是深 远 的 , 将

12、可 能 为 高 温 气 体 的 物 理 力 学 研 究 提 供 更 为 细 致 的 微 观 物 理 基 础 。 要 发 挥 这 种 成 效当 然 还 要 进 行 很 大 努 力 。最 后 应 当 谈 及 的 是 关 于 激 波 管 技 术 的 本 身 。 近 十 年 来 人 们 对 激 波 管 的 优 点 有 了 不 少 了解 , 同 时 也 日 益 清 楚 目 前 的 激 波 管 尚 有 许 多 不 理 想 的 地 方 。 例 如 破 膜 时 间 的 有 限 性 、 分 界 面的 不 稳 定 性 、 边 界 层 对 内 部 自 由 流 的 影 响 、 由 于 高 压 室 内 部 气 体 的

13、不 均 匀 引 起 的 激 波 运 动 不均 匀 及 管 壁 杂 质 影 响 等 。 近 十 年 来 在 大 量 工 作 中 提 出 了 这 类 问 题 , 认 识 到 它 们 的 影 响 阻 碍 着我 们 前 进 。 例 如 , 化 学 动 力 学 研 究 中 很 注 意 的 就 是 激 波 管 中 各 点 的 流 体 微 团 在 激 波 管 工 作 时的 运 动 轨 迹 与 其 参 量 的 变 化 。 但 这 个 微 团 历 史 却 被 边 界 层 影 响 及 分 界 面 的 变 化 而 偏 离 了 理 想图 像 。 再 如 边 界 层 的 存 在 就 直 接 于 扰 着 一 些 仪 器

14、的 使 用 , 如 质 谱 计 的 采 样 等 。 这 种 种 不 良 影响 往 往 随 着 激 波 速 度 的 提 高 而 更 加 变 坏 , 这 对 于 提 高 激 波 管 性 能 是 一 种 威 胁 。 目 前 这 方 面 的问 题 离 我 们 能 解 决 它 还 差 很 多 , 应 引 起 足 够 重 视 。在 年 代 初 , 我 国 郎 开 展 用 激 波 研 究 高 温 气 体 的 工 作 。 做 过 激 波 管 内 离 子 化 气 体 的 光 谱研 究 , 以 及 高 温 空 气 的 辐 射 观 察 等 方 面 的 工 作 。 当 前 应 当 更 进 一 步 结 合 我 国 社 会 主 义 建 设 和科 学 研 究 发 展 的 需 要 , 进 行 积 极 的 规 划 , 搞 好 高 温 气 体 的 基 本 研 究 , 为 促 进 我 国 生 产 建 设 和国 防 建 设 作 出 贡 献 。