基于热阴极放电的近火星空间等离子体模拟装置及方法

本发明涉及行星空间探测，具体涉及一种基于热阴极放电的近火星空间等离子体模拟装置及方法。

背景技术：

1、现有的火星空间模拟涉及火星表面环境气氛、湿度、压力、温度和紫外辐照条件等，模拟装置主要是通过真空舱体、真空控制单元、湿度控制单元、供气单元，从而进行模拟火星表面的环境(申请号cn201710491009.0)。但是此类装置并不涉及火星表面的磁场以及等离子体，无法模拟近火星空间等离子体在磁场下的现象。

2、本发明涉及一种利用热阴极放电、内置电磁线圈的导体球壳的等离子体模拟装置。本发明从原理上模拟近火星空间等离子体环境，可用于研究火星磁场对太阳风高能粒子相互作用的机理，进而研究火星空间环境、火星空间天气对人类深空探测(火星探测)通讯及空间测量仪器设备的影响。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于热阴极放电的近火星空间等离子体模拟装置及方法。本发明从火星独特的局域磁场的特性出发，从物理原理上模拟近火星空间等离子体产生过程，可用于火星磁场对太阳风高能粒子俘获作用、火星空间环境与空间天气对人类深空探测的影响、太阳系行星演化等科学问题的研究，可解决传统火星模拟装置不涉及近火星空间等离子体的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于热阴极放电的近火星空间等离子体模拟装置，包括：

4、装置壳体，内部中空；

5、真空系统，用于将装置壳体内腔的气体抽离，达到设定的真空度；

6、供气系统，用于向装置壳体内腔释放二氧化碳气体；

7、绝缘层圈，设置在装置壳体内，将装置壳体内腔分为等离子体源腔和实验观测腔；

8、热阴极灯丝，设置在等离子体源腔内，用于发出热电子；

9、环形阳极栅网，设置在等离子体源腔内，用于加速热阴极灯丝发出的热电子并电离二氧化碳，产生等离子体；

10、对源区大平面栅网，设置在等离子体源腔内，用于加速电子以使实验观测腔形成高能量电子束模拟太阳风高能粒子流；

11、球壳，设置在实验观测腔内，用于模拟火星星体；

12、电磁线圈，偏心放置在球壳内，用于模拟火星的局域磁场；

13、导电线圈，放置在球壳外两侧，用于模拟行星际磁场。

14、进一步地，所述装置壳体和球壳的材质为不锈钢。

15、进一步地，所述球壳包括能够通过螺纹连接的两个半球。

16、一种基于热阴极放电的近火星空间等离子体模拟装置的模拟方法，具体包括：

17、将装置壳体密封，通过真空系统将装置壳体内腔的空气排出，然后导入二氧化碳，通过流量计调节装置壳体内腔的气压至1pa-100pa；为热阴极灯丝、环形阳极栅网、对源区大平面栅网、电磁线圈以及导电线圈供电；

18、通过热阴极灯丝发出热电子，在相对热灯丝正偏压的环形阳极栅网的加速下电离二氧化碳并雪崩放电产生等离子体，对源区大平面栅网施加1000v-2000v的正偏压加速电子以使实验观测腔形成高能量电子束模拟太阳风高能粒子流；球壳模拟火星星体，球壳内偏心放置的电磁线圈模拟火星的局域磁场；球壳外两侧放置的导电线圈连接直流电源以模拟行星际磁场，能够通过叠加交流电源信号模拟火星外部磁场扰动；等离子体源腔的高能电子在实验观测腔进一步电离，在磁场约束下在球壳周围运动，高能电子碰撞气体分子产生等离子体从而实现近火星空间等离子体环境的模拟。

19、与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

20、本发明使用热阴极放电和内置偏心电磁线圈球壳，模拟火星等离子体产生的机理，可用于研究火星磁场、太阳风高能粒子相互作用的机理，进而研究火星空间环境、火星空间天气对人类深空探测(火星探测)通讯及空间测量仪器设备的影响。

技术特征：

1.一种基于热阴极放电的近火星空间等离子体模拟装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于热阴极放电的近火星空间等离子体模拟装置，其特征在于：所述装置壳体和球壳的材质为不锈钢。

3.根据权利要求1所述的基于热阴极放电的近火星空间等离子体模拟装置，其特征在于：所述球壳包括能够通过螺纹连接的两个半球。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述的基于热阴极放电的近火星空间等离子体模拟装置的模拟方法，具体包括：

技术总结
本发明涉及行星空间探测技术领域，公开了一种基于热阴极放电的近火星空间等离子体模拟装置及方法；等离子体模拟装置，包括：装置壳体；真空系统；供气系统；绝缘层圈；热阴极灯丝；环形阳极栅网；对源区大平面栅网；球壳；电磁线圈；导电线圈。本发明从原理上模拟近火星空间等离子体环境，可用于研究火星磁场、太阳风高能粒子相互作用的机理。

技术研发人员：卫子安,曾凡越,陈英学,邹翔宇,周海洋,孙玄
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16