气体放电复杂螺旋波动力学的实验研究

近年来，螺旋波动力学以其重要的基础研究价值和广泛的应用前景，成为各个领域都关注的热门课题，其中复杂螺旋波动力学是其研究重点。针对目前复杂螺旋波不易得到及其微观动力学难以进行实验研究的现状，本课题拟发展完善我们独创的控温液体电极装置，实现多种稳定的复杂螺旋波；通过中高速CCD照相及录像机，研究各种复杂螺旋波的整体宏观动力学行为；进一步发展我们独创的相关性测量及光谱学方法，研究复杂螺旋波的微观动力学及等离子体过程；使用各种脉冲激光作用于各种复杂螺旋波，探索通过外场控制、引入或引出不同螺旋波的方法; 综合分析上述结果，研究复杂螺旋波的形成机制、色散关系、本构关系及失稳机制等，搞清各种复杂螺旋波的动力学行为。

独创不同边界的液体电极装置，在介质阻挡放电中实现了多种复杂螺旋波斑图，包括单臂螺旋波、多臂螺旋波、点线螺旋波、同心圆环、疏密同心圆环、不同手性螺旋波对等，其中点线螺旋波和同心圆环在其它斑图系统中从未被观察到过。研究了各种螺旋波斑图的形成、演化以及时空动力学行为。用超高速摄像机在纳秒量级对复杂螺旋波时空动力学行为进行了研究。研究了放电丝之间的相互作用，分析了它们之间的时空相关性，由此获得了气体放电螺旋波斑图的内在形成机理。研究了复杂螺旋波的转化机制及位错在斑图中的运动规律。采用可激发反应扩散模型数值模拟了各种螺旋波斑图和同心圆波斑图。. 在Phys. Rev. E, Physics of Plasmas等国内外权威性期刊上发表论文51篇；获得国家发明专利2项；通过本项目培养毕业博士研究生2名、硕士12名(其中1人荣获河北省优秀硕士论文)及本科生24名。. 本项目成果有力地推动了介质阻挡放电斑图的发展，部分成果作为该领域近年来最突出的进展，被介质阻挡放电领域国际权威专家 U. Kogelschatz 教授在第 25 届国际气体放电物理会议的特邀报告（J. Phys. Conference series 257(2010)012015）上大篇幅介绍。