在超高速碰撞的早期階段會產生瞬態等離子體云,等離子體云能以某種機理產生電流和磁場。在靶板表面的等離子體云中產生的非線性電子溫度和電子密度梯度將產生磁場,場的持續時間從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生等離子體誘生磁場的一維理論模型,理論推導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、磁場衰減的時間尺度特征及磁感應強度峰值。結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磁場的時間尺度,并與理論時間尺度進行了比較,結果基本一致。

　　關鍵詞: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, 由此產生大的、短壽命的磁場。在星際表面大多數超高速碰撞噴出物的碎片云中都包含等離子體。Wetherill 認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展, 磁場將會增強。超高速碰撞產生等離子體內部瞬態磁場的產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。超高速碰撞產生等離子體和瞬態磁場的相關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生具有決定意義。

　　本文給出了描述超高速碰撞產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、磁場衰減階段的時間尺度特征及磁感應強度峰值。結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磁場的時間尺度與理論時間尺度的關系。結果表明, 理論預言與實驗結果基本一致。

　　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定律結合, 給出了描述超高速碰撞產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出了噴出物等離子體云中瞬態磁場的時間尺度及膨脹等離子體云中的磁感應強度峰值。超高速正碰撞實驗結果表明, 碰撞噴出物膨脹等離子體云中瞬態磁場的時間尺度與理論推導結果基本一致。在接觸的初始階段, 在彈丸側面的稀疏波進入前, 界面的厚度不依賴于彈丸的尺寸。由于離子的擴散比彈丸侵徹時間更長, 使混合物復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: 國家自然科學基金項目(10972145)