空间传输的其他重要问题

1.发射度

在自恰束理论模型中，认为束是稳态和准稳态的，此时发射度保持守恒［5-6，16-17］。但实际上束通常不是完全平衡态的，有许多因素能够引起束流发射度的增长。在空间传输过程中，由于不存在外加聚焦装置以及传输通道结构等因素，束流碰撞等因素也可以忽略，其发射度增长主要依赖于以下几个方面。

（1）由非稳态束密度剖面引起的空间电荷非线性力。

（2）束流横纵向运动的非线性耦合。

（3）束自场/地磁场与束粒子之间相互作用产生的不稳定性。

总体可以看出，在空间传输中，发射度的增长主要需要考虑的是空间电荷非线性力、横纵运动的非线性耦合以及地磁场/束自场的相互作用。这几种因素并没有明确的分界线，有时相互依存，有时相互独立。这些过程都是非常复杂而烦琐的，通常采用理论分析具有较大的局限性，由于内容繁杂，这里仅做简要的概念介绍。

由于空间传输过程中外界的干扰并不明显，如果不考虑突发性事件（如太阳风、地磁亚暴等），其发射度的增长并不会十分显著，特别是在较低电流的束流传输过程中。(www.xing528.com)

2.不稳定性

发射度的增长往往是不稳定性开始的标志。可以说绝大多数不稳定性的产生都是由最初的发射度增长开始的，这是一个从量变逐渐发展到质变的过程。因此，稳定性的分析与发射度的影响因素基本上是一致的。由于空间中一般不存在强电磁波、稠密等离子体（或高气压气体）、传输通道边界以及强聚焦系统，其发射度的增长一般只依赖于空间电荷效应，其次为地磁场影响，其非线性不稳定性产生的可能性较小。

通常的研究中，束流传输的不稳定性［5-6，17］主要分为横向不稳定性和纵向不稳定性两类。其中横向不稳定性包括束流崩溃不稳定性、横向阻性壁不稳定性、软管不稳定性以及细丝化不稳定性等。纵向不稳定性主要包括双流不稳定性、负质量不稳定性以及纵向阻性壁不稳定性等。空间传输中，由于等离子体极为稀薄，也没有明确的阻性壁，因此其不稳定性可能主要为软管不稳定性和丝化不稳定性，这两种不稳定性主要发生在束流通过等离子体（或离子通道）的情况下，下面分别做简要讨论。

（1）软管不稳定性一般发生在电子束通过离子通道的情况下，只要可形变的传输系统约束着粒子流，软管不稳定性就有可能发生。因此这类不稳定性只在弱流-等离子体系统或低轨（临近空间、大气层顶层）传输电子束时需要考虑到。在强流-弱等离子体（或真空）系统中这一类不稳定性基本是不会形成的。

（2）丝化不稳定性一般发生在相对论电子束被空间电荷中性化的情况下，即可以看作软管不稳定性的一个特殊情况。当没有电场存在时，束流产生的磁场扰动可以引起局部箍缩，增强的轴向电流区域中的磁场力吸引更多的电子，放大了电流，最终束流分成了电流细丝。丝化不稳定性不会使束流的平均位置发生变化——其主要效果是增加束流发射度。磁场将纵向动能耦合到横向运动。当横向速度扩展到足够高，足以抵抗箍缩力的时候，不稳定性达到饱和。

总体而言，空间束流稳定传输是可行的。当束流强时（远大于空间等离子体密度），其主要影响为空间电荷效应引起的发散，需要足够高的能量才可能实现远距离传输，其不稳定性主要为发散到一定程度引起的；当束流较弱时（与空间等离子体密度可比拟时）空间效应大幅降低，只需要MeV 量级以上的能量即可实现100 km 以上的远距离传输，但同时其不稳定性也可能发生，需要在设计传输策略时避免这一问题。