天体高能电子是如何产生的？中国科学家最新研究揭开谜团

中新网北京7月16日电 (记者 孙自法)天体高能电子是如何产生的？作为《科学》杂志发布的125个科学问题之一，天体中高能粒子的起源问题长期以来一直困扰着天体物理学家，备受学界关注。

中国科学院国家天文台7月16日向媒体发布信息说，该台实验室天体物理研究团队联合北京大学、中国科学院物理研究所、上海交通大学等多家机构科研同行，最近在上海“神光二号”(SG-II)大科学装置上首次实现大尺度动理学湍流等离子体中的电子随机加速过程，从而揭开了复杂天体环境中高能电子的产生谜团。

本次研究的实验室产生电子随机加速过程的艺术图。中国科学院国家天文台/供图

这项揭开天体高能电子产生之谜的重要天体物理研究成果论文，近日以“实验室产生的动理学湍流等离子体中的电子随机加速”为题在国际学术期刊《自然-通讯》发表。

据论文第一作者、中国科学院国家天文台袁大伟博士介绍，磁重联加速、冲击波加速和随机加速等多种机制被提出用来解释不同天体环境中高能粒子的产生。近期实验室天体物理在粒子加速方面取得一系列重要进展，在实验室实现了湍流磁重联加速和冲击波加速。然而，到目前为止随机加速机制还未被证实，其主要难点在于如何在实验室产生和天体类似的大尺度动理学湍流等离子体。

本次研究的电子随机加速实验相关示意图。中国科学院国家天文台/供图

基于此，中国科学家研究团队利用上海“神光二号”装置在实验室产生超音速对流等离子体，束流速度各向异性诱导电磁不稳定性的产生和发展，进而诱发形成大尺度的等离子体紊乱结构。他们采用傅里叶频谱分析发现：该紊乱结构的功率谱与动理学湍流谱高度一致。同时，该实验还测量了来自于不同角度的高能电子幂律谱。

论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台赵刚院士表示，本次实验研究还通过理论模拟发现，天体高能电子主要来自于湍流等离子体中的热电子与磁岛发生多次“碰撞“获得能量增益，即湍流随机加速。这一研究结果对于理解天体复杂环境中的粒子加速和高能辐射，具有重要意义。(完)

来源： 中国新闻网

解决方案丨高校电力电子实时仿真创新实验系统应用

随着数字技术的飞速发展，传统实验室的资源受限和效率低下已经不能满足科研和工程实践的需求。因此，基于数字化技术的仿真实验应运而生。

电力电子实时仿真实验

电力电子实时仿真实验是一种利用仿真软件和相关设备进行电力电子系统仿真和实验的虚拟实验室。它主要用于电力电子器件、电力电子系统和电能转换技术的研究、开发和教学。

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Easygo 电力电子实时仿真实验系统提供了配套的课程实验指导书以及教师版实验参考。由于实时仿真系统平台的开放性，用户还可以自己添加更多的教学或创新型的实验内容。所有实验均包含离线程序，控制算法实时程序，电路仿真实时程序等。

教学应用方向

电力电子器件研究： 提升学科知识和理解可以模拟和分析各种电力电子器件（如开关器件、变换器、逆变器等）的特性和性能，进行参数优化和设计验证。

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其基本原理是用运行着数学模型的实时仿真器来模拟实际电力电子系统的特性行为和各种工况，同时将控制算法模型通过快速控制器进行验证，两者通过实际的I/O接口连接，来进行闭环的测试验证。

平台架构

学生学习路线

电力电子实时仿真实验系统

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CBox 采用实时CPU+FPGA的硬件架构，将Matlab/Simulink搭建的电力电子控制算法模型自动生成与下载，无需进行底层代码编写和硬件控制电路设计，与实际的被控对象连接来进行闭环测试，快速实现算法原理验证。

2、实时仿真器 (HIL)

MicroBox 采用FPGA芯片架构，用来仿真电力电子主电路拓扑。电路模型通过Simulink图形化软件任意搭建，无需进行FPGA编译，将电力电子电路的暂态特性通过硬件接口输出，操作简单，节省学生搭建实物电路的时间与精力。

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用于仿真器与控制器之间传递信号，控制器采集电压电流信号，实时运算后输出控制指令，再通过转接盒将信号传给仿真器。同时配备BNC观测端，方便学生在实验中用示波器观察实际信号，对系统运行原理有更直观的认识。

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MicroBox 是一款一体化电力电子FPGA实时仿真产品，可与实际设备进行连接来进行控制算法的实时验证。

配置上DeskSim软件，可完成系统电力电子模型纳秒级运行，实时调参，数据记录等功能，从而进行半实物仿真，硬件在环测试。

Hardware-In-the-Loop Testing，即HIL。

MicroBox 通过IO信号或者通信同控制板构成闭环，来对弱电的控制器进行测试。

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为本科生的双创工作、毕业设计提供实验平台。

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支持设计型、研究型创新实验的开展,使仿真与实验同步，循序渐进，环环紧扣，提高实验的安全性，改变现有实验模式，有助于培养学生严谨、认真、安全的实验素质，适应创新型人才和卓越工程师的培养需要。

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