快Z箍缩物理过程的PSPICE电路模拟方法分析

 简单介绍了快Z箍缩概念和物理过程，以及Z箍缩物理过程不稳定性因素和简单分析。用PSPICE电路模拟方法解薄壳模型得到了箍缩时间、等离子体壳的速度、负载上的电流、电压变化规律等Z箍缩物理量。     

轴向剪切流对Z箍缩等离子体瑞利-泰勒不稳定性的抑制

利用理想磁流体力学模型对有轴向剪切流的Z箍缩等离子体不稳定性进行了分析。给出了可压缩模型的色散关系,分别对可压缩及不可压缩模型中轴向剪切流对Z箍缩等离子体瑞利-泰勒不稳定性的抑制作用进行了比较,讨论了可压缩性对含有轴向剪切流系统不稳定性的影响。结果表明,可压缩性能够减缓瑞利-泰勒P凯尔文-亥姆霍兹(RTPKH)模扰动的增长,因而使得轴向剪切流对系统不稳定性的抑制作用表现得更为突出。计算结果还说明,在RT不稳定性线性增长阶段,等离子体温度较低,使用可压缩模型能够更真实地描述系统的状态。     

Z箍缩等离子体不稳定性的数值研究

利用二维辐射磁流体程序模拟了钨丝阵Z箍缩等离子体腊肠不稳定性的演化：分析了存在不稳定性与没有不稳定性条件下等离子体内爆的差异；研究了不同初始密度扰动对x射线输出 功率和能量的影响.数值结果表明，在一定初始密度扰动范围内，这种不稳定性对x射线输 出的总能量影响不显著，但对x射线功率随时间变化的曲线有明显的影响.此外，还探讨了Z 箍缩等离子体数值模拟中低密度区的数值处理对数值结果的影响. 关键词： Z箍缩 腊肠不稳定性 数值模拟     

箍缩背光照相

 利用PPG-Ⅰ脉冲功率装置（500 kV,400 kA,100 ns）驱动X箍缩负载,得到了μm量级的亚纳秒脉冲X射线辐射点源。在阴阳极轴线和回流柱上同时安装X箍缩负载,前者可作为背光照相的X射线点源;后者可作为被拍照的目标X箍缩。获得了X箍缩发展过程不同时刻的时间序列图像,在背光照相的图像中可以清晰观察到X箍缩交叉点处等离子体的外爆、箍缩以及最终的崩溃阶段。将阴阳极轴线上的X箍缩负载用Z箍缩丝阵负载代替,实现了对丝阵负载Z箍缩放电起始阶段的X射线背光照相,观察到了最初的各单丝电爆炸、等离子体膨胀及融合过程,同时观察到了双丝Z箍缩发展过程中的等离子体不稳定性。实验结果有助于深入理解Z箍缩发展的物理过程,同时可为有效的模拟建模分析提供基本的实验数据。     

X箍缩背光照相

利用PPG-Ⅰ脉冲功率装置(500 kV,400 kA,100 ns)驱动X箍缩负载,得到了μm量级的亚纳秒脉冲X射线辐射点源。在阴阳极轴线和回流柱上同时安装X箍缩负载,前者可作为背光照相的X射线点源;后者可作为被拍照的目标X箍缩。获得了X箍缩发展过程不同时刻的时间序列图像,在背光照相的图像中可以清晰观察到X箍缩交叉点处等离子体的外爆、箍缩以及最终的崩溃阶段。将阴阳极轴线上的X箍缩负载用Z箍缩丝阵负载代替,实现了对丝阵负载Z箍缩放电起始阶段的X射线背光照相,观察到了最初的各单丝电爆炸、等离子体膨胀及融合过程,同时观察到了双丝Z箍缩发展过程中的等离子体不稳定性。实验结果有助于深入理解Z箍缩发展的物理过程,同时可为有效的模拟建模分析提供基本的实验数据。     

Z箍缩内爆等离子体双层丝阵负载设计的物理分析

实验证实双层金属丝阵负载Z箍缩内爆等离子体产生的X光辐射源,与单层丝阵负载相比可以提高40%的功率。为了优化Z装置上双层丝阵负载实验方案的设计,从内爆动力学过程和Rayle igh-Taylor(RT)不稳定性发展过程进行了理论分析。分析表明:双层丝阵负载实验不会提高X光辐射的总能量,但可以明显地提高辐射功率;双层丝阵的外半径应与单层丝阵负载优化方案的半径相一致;双层丝阵内、外层质量的选取应以优化的单层丝阵内爆到心时间为标准;内层丝阵置于外层丝阵半径的正中位置上,更有利于抑制RT不稳定性。     

金属丝阵列Z箍缩装置中R—T不稳定性初步研究

近年来,对金属丝阵列Z箍缩的研究引起了Z箍缩物理界的极大兴趣。在这种位形中,能产生高密度和高温度的等离子体,甚至可能达到聚变条件。然而,等离子体内爆（Implosion)却受到R－T不稳定性的严重影响,因为等离子体受到无质量流体磁场的加速。Z箍缩内爆的效率主要取决于内爆的对称性和均匀性。但是,各种增加负载轴向极向对称性的尝试用于减弱Reighlay-Taylor(R-T)不稳定性,只能起到部分作用,不能使之达到高能量内爆。为了研究这种位形的不稳定性,英国帝国理工学院研究了MAGPIE装置的不稳定性,M.G.Hainese提出了一种直观的研究模型,把金属丝阵列Z箍缩的发展过程分为4个阶段,然后在每一个阶段推出其方程,最后对R－T不稳定性进行了定量分析。然而,却没有提出抑制或减弱R－T不稳定性,目前提出了几种方法,主要是：负载在轴向和极向高度对称;添加剪切轴流或剪切磁场以减弱R－T不稳定性的增长或饱和模的形成;反常粘滞效应推迟R－T不稳定性达到饱和,从而有效利用不稳定性为超强X射线功率输出服务。这些方法中有些得到了一定的发展,有的才开始进行研究。     

Z箍缩等离子体MHD不稳定性的简化分析

在Haines的理论模型基础上,将金属丝阵负载Z箍缩内爆等离子体MRT不稳定性发展的全过程划分为四个部分加以描述,并利用ZP-0D程序定性分析了丝阵参数和驱动器条件对不稳定性的影响。研究结果表明,增加丝阵的丝根数,能够明显改善Z箍缩的稳定状态,有利于提高箍缩停滞时等离子体的温度、密度及X射线产额。     

Z箍缩内爆的MARED程序数值模拟分析

MARED程序是模拟Z箍缩内爆过程的二维三温辐射磁流体力学程序,它适用于不同装置条件和不同负载参数.利用MARED程序对Z箍缩内爆进行模拟,结合丝阵Z箍缩实验分析表明:相同负载质量条件下,钨丝阵内爆产生的X射线辐射功率远大于铝丝阵产生的X射线功率;相同负载电流条件下,负载质量越大,计算得到的X射线功率越低;X射线功率随着负载电流增加而增加.MARED程序能够较好地反映Z箍缩内爆动力学过程,特别是不稳定性发展的二维图像,能够给出与不稳定性简化模型的理论分析及实验结果定性一致的演化规律.MARED程序模拟丝阵填充泡沫形成辐射场的初步计算得到了与Sandia实验室模拟Z装置上丝阵填充泡沫定性一致的结果.     

完全稳定化MRT的可能性及应用于聚变的潜力

提出采用方向时变(旋转)的驱动磁场(交替Θ-Z箍缩构型)或者多级嵌套Θ-Z箍缩构型来抑制动态Z箍缩的MRT不稳定性的概念,介绍了对交替/嵌套Θ-Z箍缩MRT不稳定性的最新研究进展,结果表明适当优化的交替/嵌套Θ-Z箍缩的MRT不稳定性明显远低于标准Θ箍缩或者Z箍缩的,一定厚度时甚至被完全致稳,这表明交替/嵌套Θ-Z箍缩构型具有潜力应用于Θ-Z箍缩套筒惯性聚变。     

Z箍缩动态黑腔动力学及辐射特性初步实验研究

在“强光一号”装置进行的Z箍缩动态黑腔实验中, 初步系统研究了动态黑腔的内爆动力学特性及辐射特性的一般规律. 通过高空间分辨图像, 对丝阵与泡沫黑腔碰撞前后泡沫辐射场的变化, 泡沫对不稳定性发展的抑制开展了细致研究. 实验结果显示, 动态黑腔负载内爆的辐射功率波形呈现双峰结构, 首峰和主峰分别对应于碰撞和滞止过程. 8 mm负载的内爆速度高于12 mm负载, 但其他内爆动力学参数和辐射参数均无明显差异. 实验使用的泡沫黑腔能够很好地抑制不稳定性的发展, 但在泡沫内部未能实现对辐射的均匀控制, 滞止泡沫等离子体柱上仍能轻易区分辐射较强和辐射较弱的区域. 关键词： Z箍缩动态黑腔 泡沫黑腔 动力学特性 辐射特性     

Measurement of instability growth in a magnetized Z pinch in the finite-Larmor-radius regime

The development of the m = 0 instability in a Z pinch was followed and the measured growth rates compared with 2D MHD simulations. Where MHD is valid, the measured growth rates agree well with simulation. Where the ions are magnetized, i.e., where the ion-cyclotron frequency is smaller than the ion-collision frequency and the ratio of the ion Larmor radius to pinch radius is of the order of 0.1, the growth rate was smaller than expected by a factor of 2.5. This is as predicted by finite-Larmor-radius theory. The product of the wave number and the pinch radius was ka approximately 2pi and was the same for all conditions. Perturbations as large as 30% of the pinch radius were observed; no nonlinear saturation was evident.     

z-pinch靶的结构及材料特点

 论述了Z箍缩（Z-pinch）靶的发展与现状,阐述了Z-pinch靶及负载在结构和材料上的特点及其制备方法,比较了Z-pinch靶与激光聚变靶的区别,针对国内目前开展z-pinch实验对靶的需求,拟采用电解抛光法制备负载用超细金属丝,并提出了Z-pinch单层丝阵负载的制备流程。     

三维拉氏理想磁流体数值模拟方法

在Z箍缩驱动ICF过程中,磁场流体耦合作用是其整个物理过程中非常重要的部分.针对Z箍缩过程中多介质、大变形的特点,发展了三维相容拉氏理想磁流体交错型以及单元中心型格式,两种格式均具有一阶时间与空间精度.通过数值算例,验证其精度和强壮性,并比较分析两种格式的特点.     

表面绝缘铝平面丝阵Z箍缩实验研究

在"强光一号"装置(1.3 MA,100 ns)上进行了镀2μm聚酰亚胺绝缘膜平面铝丝阵与普通铝丝阵Z箍缩对比实验研究.实验结果表明,表面绝缘能够影响Z箍缩内爆动力学和辐射特性.通过简单理论分析,表面绝缘可能会增加初始阶段的能量沉积和参与内爆的质量;表面绝缘对于抑制平面丝阵多峰现象有明显作用,然而在所进行的实验中,并未观察到对X射线产额的改善作用.     

Development of instabilities in wire-array Z pinches

3D resistive MHD simulations are used to show how the properties of the "fundamental" mode of modulated ablation in wire-array Z pinches, are consistent with the growth of a modified m=0-like instability. The modulation wavelength, structure, and evolution is found to be governed by the magnetic topology and is largely independent of the initial conditions. The perturbation amplitude as a function of wire number is shown to be consistent with experimental x-ray power scaling. Simulations of an array of helical wires show a substantial reduction in the amplitude of the instability.     

丝阵负载Z箍缩内爆动力学研究

丝阵负载内爆动力学行为基本可以分为以下四个过程:1)丝的烧蚀;2)壳层的形成;3)内爆;4)滞止.利用所研制的可见光分幅相机和X射线分幅相机在"强光一号"加速器上对多种型号的丝阵负载Z箍缩内爆动力学行为进行了实验研究,获得了从早期单丝烧蚀到等离子体柱崩毁全过程图像,并对实验结果进行了分析,主要研究成果如下:1)发现存在较长时间的丝烧蚀过程,且单丝烧蚀在轴向上并不均匀;实验得到的内爆轨迹与唯像模型计算结果较为一致.2)不论早期的可见光图像还是中后期的软X射线图像都存在明显的阴极发射,内爆后期在阴极附近存在明 关键词： 丝阵 内爆动力学 Z箍缩 脉冲功率技术     

双层钨衬套Z箍缩内爆数值模拟

 介绍了在强脉冲电流的作用下双层钨衬套Z箍缩动力学过程的数值模拟,计算了一个双层钨衬套模型,分析了双层衬套的碰撞过程,指出了双层衬套下电磁内爆的现象和特点,给出了碰撞后电流在内外衬筒上的分布,并对箍缩功率和箍缩产生的能量进行了预估。     

Influence of the Inner Diameters of Capillary on the Z‐Pinch Plasma of the Capillary Discharge Soft x‐ray Laser

In this paper, the effects of inner diameters on the Z‐pinch plasma of capillary discharge soft x‐ray laser were investigated with the 3.2 mm and 4.0 mm inner diameter alumina capillaries. The intensities of the laser emitted from the 3.2 mm and 4.0 mm inner diameter alumina capillaries were measured under different initial pressures. To understand the underlying physics of the experimental measurements, the Z‐pinch plasma simulations had been conducted with a one‐dimensional cylindrical symmetry Lagrangian magneto‐hydrodynamics (MHD) code. The parametric studies of Z‐pinch plasma, such as the electron temperature, the electron density and the Ne‐like Ar ion density, were performed with the MHD code. With the experimental and the simulated results, the discussions had been conducted on the Z‐pinch plasma of Ne‐like Ar 46.9 nm laser with the 3.2 mm and 4.0 mm inner diameter alumina capillaries. The analysis had been made on the difference of the gain coefficients under the optimum pressures with both capillaries. Then, the effects of inner diameters on the optimum pressure and the pressure domain were analyzed. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)