（通讯员 葛翱铭）近期，《流体物理学》（Physics of Fluids）先后刊发了国家脉冲强磁场科学中心彭涛教授团队在单匝线圈领域的系列研究成果。

单匝线圈是一种用于产生100-300T超强磁场的破坏性脉冲磁场技术，由于放电时间只有几微秒，其电磁惯性小于质量惯性，峰值磁场可以在线圈被破坏之前产生。在放电时，由于线圈所承受的电磁力沿径向向外，因此线圈破片不会对内部试验样品构成威胁，该特性被称为“半破坏性”，已被广泛用于材料的磁化、磁光效应等领域研究。

11月8日，《流体物理学》发表了团队题为“Dynamic modeling of air-metal plasma mixture of single-turn coil with erosion at megaGauss magnetic field”的论文，该研究建立了大电流放电时导体因汽化产生的等离子体的演化模型，理论上验证了线圈在放电时表面出现的导电等离子体冕层现象。

图1 等离子体电子密度、电导率、电流密度和磁场分布

12月3日，《流体物理学》发表了团队题为“Numerical study of plasma and air heating processin single-turn coil discharges”的论文，该研究基于金属-空气混合等离子体模型，首次提出了单匝线圈“热破坏性”与“热安全距离”的概念，从理论角度揭示了单匝线圈在放电时高温金属蒸汽膨胀波向内运动而破坏实验样品的现象，并提出了可行的预防办法。

图2 单匝线圈放电过程中“热安全距离”内外侧温度变化

此前，团队还研究了单匝线圈放电时的动力学过程，于今年7月在《流体物理学》发表了题为“A self-consistent unified solid-multiphase flow shock modelunder complex thermodynamic states: For the application ofmass-loaded single-turn coils”的论文，该研究提出了一种统一的固体流体冲击动力学方程，用来模拟线圈在放电时因脉冲大电流发生熔化后的冲击变形，解决了以往建模时固体不能被指定粘度以及流体不能被指定模量的问题。

图3 熔化后导体的等效剪切模量，应变率，以及电流密度分布

另外，团队还在单匝线圈磁场系统理论分析方面开展了系列工作，已在《应用物理学杂志》(Journal of Applied Physics)、《物理学手稿》（Physica Scripta）期刊发表论文5篇。中心博士生葛翱铭为以上论文第一作者，彭涛教授为通讯作者，硕士生王宁、康志伟等参与建模工作，李亮教授、中国科学院电工研究所王秋良院士以及吕以亮副研究员提供相关指导。

上述工作得到了国家重点研发计划项目（2023YFA1607601）的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0232480

https://doi.org/10.1063/5.0241357

https://doi.org/10.1063/5.0211748