化学反应引发的超低温等离子体加热膨胀动力学研究

Ultracold plasma is a brand new type of plasma discovered recenly, it is also one of the hot-spot research areas of plasma science. Ultracold plasma is a powerful tool to simulate the dynamic process of strongly-coupled plasma under laboratory condition. In this proposal, experimental probe and molecular dynamics simulation will be used to study the heating and expansion process of ultracold plasma. There is no three-body recombination for anions, also the disorder induced heating process is also much slower for anions than for electrons, therefore the formation of anions will slowe down the heating and expansion process of ultracold plasma. Dissociative electron attachment (DEA) reaction consume kinetic electrons and generate anions, so DEA process has significant cooling effect for ultracold plasma, and can also reduce the expansion rate of ultracold plasma. A novel type of translatable time-sliced ion imaging detection system will be applied to monitor the effect of two processes mentioned above on the heating and expansion dynamics of ultracold plasma; the evolutions of Coulumb coupling parameter of ultracold plasmas with the processes mentioned above will also be discribed. The molecular dynamics simulations will be used to simulate these two processes as well，this?work will support the strongly-coupled phenomenon in ultracold plasma.

超低温等离子体是近年发现的新型等离子体，也是目前等离子体的研究热点之一。超低温等离子体是在实验室条件下模拟很多强耦合等离子体动力学过程的重要工具。本项目将采用实验与模拟计算相结合的方法研究一些化学反应存在的条件下超低温等离子体的膨胀和加热动力学过程。由于负离子不存在三体复合，而且无序诱导加热的进程也远比电子小，所以理论上负离子的形成会使超低温等离子体应具有更慢的加热和膨胀速度；dissociative electron attachment（DEA）反应可以消耗动能电子产生负离子，因此具有冷却等离子体、延缓等离子体膨胀的作用。本项目将采用可移动时间切片成像法检测上述两种反应对超低温等离子体的加热和膨胀动力学过程所带来的影响；同时给出上述两种情况下等离子体的库伦耦合系数随时间的演化规律，并使用分子动力学模拟计算的方法模拟上述两种过程。本课题的开展将为超低温等离子体的强耦合现象研究提供有力支持

超低温等离子体是在实验室条件下模拟很多强耦合等离子体动力学过程的重要工具。由于正负离子构成的等离子体中的负离子不存在三体复合，而且无序诱导加热的进程也远比电子小，所以理论上负离子的形成会使超低温等离子体应具有更慢的加热和膨胀速度。电子附着电离（dissociative electron attachment（DEA））反应可以消耗动能电子产生负离子，因此具有冷却等离子体、延缓等离子体膨胀的作用。本项目将采用实验与模拟计算相结合的方法研究一些化学反应存在的条件下超低温等离子体的膨胀和加热动力学过程。.在本项目中，我们采用多光子共振电离（REMPI：resonant enhanced multiphoton ionization）的方法来测量了从分子的电子基态到第一允许激发态的转动能级精细谱线。通过对转动能级精细谱线的拟合，计算出转动能级的布居数，根据Boltzmann分布推算分子的转动温度，并与pGopher软件模拟结果进行了对比，结果基本吻合。我们在试验中通过改变激发光的波长，改变NO分子共振激发的中间能级进而改变初始时刻电子的能量分布，研究超低温等离子体中负离子的产生机制。综合分析前人理论实验工作的基础上，提出了超低温等离子体中一种新型的负离子产生机制—DEA，对正负离子组成的超低温等离子体的扩散过程及其寿命进行了理论及实验分析，为超低温等离子体的膨胀演化动力学理论研究提供了支持。另外，针对超低温等离子体的分层情况，与和理论计算合作单位用分子动力学模型（MD）模拟了在不同正负离子比例下UCP膨胀过程。