螺旋

热试结束之后的第三天，肖宿把磁喷管出口段的所有数据全部搬进了自己的办公室。

　　高速相机拍摄的束流图像按毫秒拆帧，磁探针记录的场形变化按空间位置重新分箱，离子能量分析器给出的能谱按角度和动能二维展开。

　　整面墙上挂满了打印出来的曲线和图表，从门口看过去，像一间专门研究等离子体射流的战情室。

　　肖宿站在这些数据中间，一页一页地研究。

　　烛龙的磁喷管虽然已经跑通了束流，但是出口能量回收效率只有设计值的六成。

　　这意味着当聚变等离子体从喷管喷射出来的时候，有将近一半的能量没有变成有效的轴向推力，而是随着束流发散、径向漂移和热化过程白白耗散了。

　　这个问题必须解决，否则远航号的聚变推进器就是个半残的炉子，烧着最贵的火，出着最小的力。

　　他把出口处的能谱图抽出来，平铺在桌面上，又拿了一支铅笔在空白处标注。

　　离子的能量分布呈明显的各向异性，轴向动能集中在一个狭窄的峰里，但是径向和方位角方向的动能弥散得很厉害。

　　更麻烦的是，从喷管喉部出来后，一部分离子的偏转角过大，直接脱离了束流主体，形成了外缘的低能晕。

　　这些晕里的离子，几乎对推力没有任何贡献，还反过来增加了壁面的热负荷。

　　传统的做法是在出口加一组静电偏转栅，用额外的电场把散出去的离子重新聚拢。

　　可是，烛龙喷射出来的离子密度太高，空间电荷效应会严重扭曲电场，偏转栅的网格也会被高速离子直接打穿，寿命根本撑不过几分钟。

　　他立刻排除了这个思路。

　　另一个做法就是延长喷管出口的磁镜段，用更强的磁场梯度把离子压回去。

　　但是磁镜段的延长就意味着喷管整体长度得增加，质量也得跟着上涨，而且磁场越强，出口处离子回旋半径就越小，束流越容易重新进入相位同步状态，反而会再次触发上次那种回旋共振不稳定性。

　　这条路也走不通。

　　肖宿在两种方案后面各打了一个叉，然后在纸上画了一条螺旋线。

　　他的思路很清晰。

　　出口处那些散逸的离子，本质上是轴向动量不足，磁矩在扩张磁场中转化不完全，导致径向速度分量太大。

　　如果能在束流离开主喷管之后，再让它经历一段螺旋磁场，让磁场在横截面上旋转起来，离子在穿越这段磁场时就会被强迫沿着一条螺旋轨迹运动。

　　这种螺旋运动会产生一个额外的旋转变换，把径向动能重新耦合回轴向动能，相当于在出口处给离子流做了一次“收束”。

　　这听起来似乎很简单，但做起来极难。

　　得先理清螺旋磁场的边界条件才行。

　　肖宿开始埋头在纸上推导螺旋磁场的边界条件。

　　螺旋磁场由一圈沿着轴向螺旋缠绕的线圈产生，每一圈的电流相位和空间位置都要精确匹配。

　　磁场在横截面上的旋转角速度必须和离子束的轴向速度匹配，否则离子跟不上磁场的旋转，反而会被甩出去。

　　这个匹配条件把螺旋磁场的螺距和束流轴向速度直接捆绑在了一起。