在超高速碰撞的早期階段會產(chǎn)生瞬態(tài)等離子體云,等離子體云能以某種機(jī)理產(chǎn)生電流和磁場。在靶板表面的等離子體云中產(chǎn)生的非線性電子溫度和電子密度梯度將產(chǎn)生磁場,場的持續(xù)時間從10-6s到約60s,依賴于彈丸的碰撞能量。本文利用超高速碰撞產(chǎn)生等離子體誘生磁場的一維理論模型,理論推導(dǎo)了噴出物誘生磁場的峰值,得到了碰撞噴出物膨脹過程中磁場增強(qiáng)、磁場衰減的時間尺度特征及磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值。結(jié)合超高速正碰撞實驗,給出了碰撞噴出物膨脹等離子體云中瞬態(tài)磁場的時間尺度,并與理論時間尺度進(jìn)行了比較,結(jié)果基本一致。

　　關(guān)鍵詞:超高速碰撞;等離子體;磁場;時間尺度

　　流星體或隕石與星際表面碰撞, 在碰撞過程早期噴出的碎片云中包含等離子體, 由此產(chǎn)生大的、短壽命的磁場。在星際表面大多數(shù)超高速碰撞噴出物的碎片云中都包含等離子體。Wetherill 認(rèn)為在碰撞的后來階段, 碎片云以8 km/ s 的平均速度向外膨脹擴(kuò)展, 磁場將會增強(qiáng)。超高速碰撞產(chǎn)生等離子體內(nèi)部瞬態(tài)磁場的產(chǎn)生和演化涵蓋彈丸的侵徹成坑、成腔和后期的膨脹三個階段。超高速碰撞產(chǎn)生等離子體和瞬態(tài)磁場的相關(guān)理論或許能解釋月球表面的殘余磁場[1-4] 。Pert[5] 在工作中得到碰撞產(chǎn)生等離子體的模型, 后來Hood 和Vickery[4-9] 指出在膨脹等離子體云內(nèi)部電子密度梯度和溫度梯度對實驗室尺度碰撞等離子體的產(chǎn)生具有決定意義。

　　本文給出了描述超高速碰撞產(chǎn)生等離子體誘生磁場的一維理論模型, 利用該理論模型得到了碰撞噴出物等離子體云膨脹過程中磁場增強(qiáng)、磁場衰減階段的時間尺度特征及磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值。結(jié)合超高速正碰撞實驗, 比較了碰撞噴出物膨脹等離子體云中瞬態(tài)磁場的時間尺度與理論時間尺度的關(guān)系。結(jié)果表明, 理論預(yù)言與實驗結(jié)果基本一致。

　　本文通過廣義歐姆定律與低溫等離子體的法拉第電磁感應(yīng)定律結(jié)合, 給出了描述超高速碰撞產(chǎn)生等離子體誘生磁場的一維理論模型, 基于該理論模型推導(dǎo)出了噴出物等離子體云中瞬態(tài)磁場的時間尺度及膨脹等離子體云中的磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值。超高速正碰撞實驗結(jié)果表明, 碰撞噴出物膨脹等離子體云中瞬態(tài)磁場的時間尺度與理論推導(dǎo)結(jié)果基本一致。在接觸的初始階段, 在彈丸側(cè)面的稀疏波進(jìn)入前, 界面的厚度不依賴于彈丸的尺寸。由于離子的擴(kuò)散比彈丸侵徹時間更長, 使混合物復(fù)合減小了電子的密度梯度。

　　Abstract: Here,we addressed the time evolution of both the transient electrical current and magnetic field in the expansion plasma clouds,induced by hypervelocity impact at the initial stage of ion sputtering.The magnetic fields possibly originated from the non-linear temperature and electron density gradients on and above the layered target under heavy bombardment of projectile.The peaking and decaying of the magnetic field intensity,in a rapid increase-decrease pattern,ranging from 10-6 s to 60 s and depending on the impinging energy between projectile and target interaction,were analytically evaluated,based on the one-dimensional model of plasma generation by hypervelocity impact.The time-dependent variations in the magnetic fields were measured in the vertical impact experiment.The calculated results were found to agree fairly well with those of the experiments.

　　Keywords: Hypervelocity impact,Plasma,Magnetic fields,Time scales

　　基金項目: 國家自然科學(xué)基金項目(10972145)