離子迴旋運動的相位同步一旦形成了,束流內部的電荷密度就會出現週期性聚束,這種聚束反過來又會在磁場曲率作用下產生二次加速。
肖宿坐直身體,又打開了高速相機在噴管出口處拍到的束斑圖。
圖形邊緣處那圈細密的亮紋很規則,呈螺旋狀分佈,像一團被擰過勁的藍白色麻花。
這種螺旋結構在束流物理中有明確對應,是離子束在磁場中做迴旋運動時,相位同步與束流橫截面剪下流耦合出來的特徵。
換句話說,問題從束流透過喉部開始,就已經種下了。
他停下來,在紙上寫下了三個關鍵量:離子迴旋半徑、磁場曲率半徑、束流當地德拜長度。
前兩個決定共振強度,第三個決定電荷聚束的遮蔽程度。
燭龍縮比之後,迴旋半徑和曲率半徑之比從夸父上的零點零零几上升到了零點零三,這看起來還小,但是已經足夠讓相位同步效應在喉部長度的尺度上累積起來了。
而德拜長度幾乎沒變,這就讓束流內部的電荷聚束無法被有效遮蔽,共振產生的結構就一路發展到了噴管外。
這也就是為什麼韓熹原來的雙流體模型完全看不到這個問題的原因了。
雙流體方程的最小空間尺度在德拜長度以上,相位同步是離子在迴旋相空間裡的動力學,那種尺度在流體描寫裡被平均掉了。
肖宿把筆放下,雙手環胸。
現在,他需要把離子迴旋相空間的演化方程嵌入韓熹的雙流體框架裡。
而且,這個方程不能太複雜,否則工程控制系統根本跑不動。必須找到一個既能描述相位同步、又能在即時控制中使用的簡化形式。
所以,得做一個準線性約化,把離子分佈函式在迴旋相空間上展開,只保留和相位同步度直接相關的那一階矩,然後把高階矩用流體的宏觀量表達出來,形成一個閉合的方程體系。
可這個閉合並不能憑空完成。
準線性約化後的方程裡會剩下一個核函式,描述磁場曲率如何沿束流方向驅動相位同步。
這個核函式的形式不能靠猜,需要從實驗資料裡反推。
好在今晚王凱他們把資料整理得很細,尤其是喉部各段的時頻圖和探針訊號的相位差,足以用來標定核函式的幾個關鍵引數了。
肖宿從第二段和第三段的資料裡讀出了共振譜線的增長速率,又從第五段和第六段的漂移特徵裡反推了諧波耦合的強度。
他把這些數字代入到一個含核函式的輸運方程裡,用變分法反解核函式的譜結構。
大約到凌晨一點,核函式的基本形式定了下來:一個由磁場曲率張量和束流橫向密度梯度共同決定的積分運算元,在近軸近似下可以寫成可分離核,其中一個基函式正是離子迴旋頻率附近的共振響應函式。
這樣的結構讓他一下輕鬆了不少。
可分離核意味著這個模型不需要巨大的數值求解器就能在工控機上跑起來。
繼續推下去,他又從方程裡自然得到了兩個判別條件。
第一個判別條件直接來自核函式的非負性。
磁場梯度一旦超過某個閾值,核函式的譜半徑就會大於一,相位同步就會變成不可抑制的爆發性增長。
這個閾值由離子溫度各向異性唯一確定。
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