Z“箍缩”的时间分辨测量技术研究

针对在阳加速器上进行的Z箍缩内爆实验所要求的超快分幅摄影技术研究,主要利用八个微通道板构成摄影系统的快门以达到时间分辨的要求,同时解决了在阳加速器上的精密同步问题以使系统可以稳定、可靠地一次拍摄到八幅图像,图像间隔最小为10 ns,曝光时间可达到3 ns.该技术以分幅原理获得大幅面的图像数据,具有图像特征清晰、空间信息详细的特点,为Z箍缩过程的研究提供了翔实的实验数据.     

紫外探针光信号与加速器负载电流脉冲的精密同步技术

 作为探针光源的Nd∶YAG激光器在其外触发控制线路固有延迟减小至100 ns后,从脉冲加速器形成线的主开关处选取Q开关的触发输入信号,利用示波器将激光器Q开关触发信号、加速器主开关触发信号、激光信号以及负载电流信号进行时间关联,测量结果作为调节系统延迟时间的依据,实现了探针光脉冲与加速器负载电流脉冲之间的精密同步,同步精度达到9.6 ns。     

微型磁探针在Z箍缩负载电流诊断中的应用

介绍了磁探针测量等离子体电流的设计原理,针对Z箍缩实验负载的实际结构特点和现场布局,制作出应用于诊断脉冲功率装置Z箍缩实验负载通过电流的微型磁探针,并通过建立相同结构尺寸的模拟负载装置的方法,实现了对其灵敏度的标定。实验结果显示:在脉冲功率装置峰值电流1.2MA、电流上升时间60ns时,由微型磁探针测得的负载电流与加速器监测电流存在12%的幅度差异,电流峰值时刻存在5ns的差异,说明微型磁探针技术测量Z箍缩负载电流的结果是可靠的。     

Z箍缩诊断系统的触发和抗干扰技术

通过对时间关联信号的筛选、转换和延时等方法建立了用于8 MA脉冲功率装置上Z箍缩实验中诊断设备的触发网络,其输出触发信号与被测X射线之间的时间抖动小于2 ns,满足了纳秒级的诊断时间同步要求。采用屏蔽、接地等有效措施基本消除了放电产生的强电磁环境以及其它杂散信号对触发线缆和诊断设备的干扰,保证了诊断设备的正常工作和实验数据的质量。     

“阳”加速器Z-Pinch实验中负载方案的分析

 对“阳”加速器（1.2MV,1.5MA,120ns）上开展Z箍缩（Z-Pinch）内爆等离子体实验产生强X光源的负载设计进行了基本的物理分析,在此基础上给出负载的结构尺寸、气体种类、密度和相关的参数。这些结果对物理问题的分析是有帮助的.     

高速分幅相机与阳加速器的精密电流同步技术

在阳加速器上进行的Z箍缩内爆实验研究根据过程的快慢分为主要从事数百万至数千万大气压状态下冲击波物理、内爆动力学、界面不稳定性、高压物态方程等物理问题的研究和在实验室内产生兆焦级乃至几十兆焦超强X辐射源来从事有关物理问题和应用方面的研究。     

Z箍缩初级实验平台的激光触发系统

介绍了Z箍缩初级实验平台激光触发系统的设计和单路样机验证实验结果.采用12台激光器、24个激光触发主开关来实现24路电流脉冲的精确同步,由Nd:YAG四倍频脉冲激光来触发开关,采用水平分光将一台激光器的激光脉冲等分为两束激光,激光聚焦后分别触发相邻的两路主开关.单路样机验证实验获得的激光脉冲的抖动极差小于等于3 ns.主开关的抖动极差小于等于5 ns,3台激光器之间的抖动极差小于等于3 ns.实验结果表明:在主Marx充电电压小于等于75 kV时,光路管道双隔离气室具有良好的绝缘性和密封性;激光光路系统稳定可靠;能量为100 mJ、脉冲宽度为7 ns的266 nm激光经过分光后,能够满足Z箍缩初级实验平台的设计要求.     

阳加速器钨丝阵内爆软X光功率辐射特性

介绍了在阳加速器上进行的系列W丝阵Z箍缩物理实验,实验中阳加速器Marx充电电压60 kV,负载电流输出0.85~1.00 MA,电流上升时间75~90 ns（10%~90%）;进行软X光辐射功率测量的主要仪器是软X光闪烁体功率计,其核心部件为对50~1800 eV X光具有平响应特性的蓝光闪烁体。给出了系列W丝阵Z箍缩实验软X光辐射功率测量结果,从软X光辐射输出随丝阵负载参数（包括丝阵直径、长度、丝数）变化关系讨论了钨丝阵内爆辐射特性,给出了阳加速器上各负载参数优化的结果:丝阵直径Ф8 mm,丝阵长度15 mm,丝数24。同时对软X光辐射的空间分布特性进行了初步的探讨,给出了辐射功率在负载的轴向和径向的分布。     

单壳层喷气Z箍缩内爆特性分析

在“阳”加速器（电流峰值为500—850 kA,上升时间约为85 ns）上利用单壳层喷气负载开展了Z箍缩等离子体内爆实验,获得了等离子体的辐射产额、X光辐射图像等诊断结果.利用相应的诊断结果,定义了内爆时间,对内爆过程的主要阶段进行了划分,研究了等离子体位形、辐射强度分布等实验现象,同时对等离子体的内爆轨迹、内爆质量、径向收缩比、磁流体不稳定性等进行了初步分析. 关键词： Z箍缩')" href="#">喷气负载Z箍缩 等离子体内爆 X光辐射功率 “阳”加速器     

5 MA 100 ns重频LTD驱动器设计

设计了用于Z箍缩丝阵实验的重频LTD驱动器, 含6路并联模组, 每组由8个0.8 MA原型模块串联组成, 全真空结构。原型模块采用全新的单路触发和电感隔离技术, 触发难度和重频运行可靠性得到显著优化。利用电路模拟程序对驱动器进行了仿真计算, 结果表明:在初始半径1.2 cm、线质量1 mg/cm的Z箍缩负载上, 驱动器的输出电流峰值可到5.2 MA, 前沿91 ns;负载内爆最大动能78 kJ, 从电容储能至负载动能的转化效率为11.7%。该驱动器预期将获得高达20%~30%的辐射能量效率, 可为Z箍缩物理研究提供高效的实验平台。     

神龙一号电子束束参数测量系统猝发式的精确触发方式研究

为了准确了解电子束随时间变化的性能, 在神龙一号直线感应加速器上进行电子束束参数测量时要求测量系统精确地同步于电子束的产生和输运. 其功率系统开关放电波形后沿幅度高达250kV, 下降时间约20ns, 并且从该下降沿到电子束打靶的时间有145ns, 抖动1—2ns, 非常稳定; 如果以陡峭的后沿作为测量时间基准, 则可以获得与其抖动相同量级的同步精度. 因此通过对其波形的下降沿进行微分来获取测量系统的触发信号, 选择合适的微分参数可以得到对应于下降沿 约ns级精度的测量时间基准, 通过采用光纤驱动电路完全消除了高压开关对低压测量系统的干扰, 保证测量系统正常工作. 该方法消除了传统触发方式因延时长、精度低、抖动大等对确定测量时间基准的不利影响, 满足了使用高速测量设备准确获取电子束不同时刻的束参数波形的精确触发要求.     

Accurate Burst Trigger Mode for Dragon-Ⅰ Electron Beam Measurement System

The electron beam measurement system for Dragon-I must work synchronously with the beam production and transportation accurately in order to obtain correct data．The synchronization with about 1ns is important．The output waveform of Blumlein lines in pulsed-power system is of amplitude of about 250kV and 20ns active edge time(following edge)．The electron beam will hit the conversion target in about 145ns later steadily and the jitter time is about 1—2ns．The synchronization precision with the same level of the jitter time will be reached if the sharp following edge of waveform is selected to be the time base．The synchronization trigger signal for measurement system can be obtained by the way of differentiating the following edge and the accuracy of about ns can also be reached with suitable circuit parameters．The optical fiber is also adopted to remove the interference on the measurement system from the high voltage system．This kind of burst trigger mode overcomes many disadvantages such as low accuracy, long delay time, large jitter in normal trigger mode and can provide the trigger time accurately．It can meet the need to measure the electron beam parameters at any required time．     

强流电子束二极管等离子体光学诊断

通过处理强流电子束加速器主开关导通之后所形成的高压电脉冲,得到了二极管等离子体光学诊断的同步时间基准。采用高压电脉冲延时结合二极管等离子体光信号延时的方案,实现了相机曝光过程与等离子体发光过程的ns级精度同步。综合采取屏蔽、滤波等措施,实现了整个系统的电磁兼容,最终稳定地拍摄到了ns时间分辨的二极管等离子体发光过程。     

Radiation characteristics and implosion dynamics of tungsten wire array Z-pinches on the YANG accelerator

We investigated the radiation characteristics and implosion dynamics of low-wire-number cylindrical tungsten wire array Z-pinches on the YANG accelerator with a peak current 0.8-1.1 MA and a rising time ～ 90 ns.The arrays are made up of(8-32)×5 μm wires 6/10 mm in diameter and 15 mm in height.The highest X-ray power obtained in the experiments was about 0.37 TW with the total radiation energy ～ 13 kJ and the energy conversion efficiency ～ 9%(24×5 μm wires,6 mm in diameter).Most of the X-ray emissions from tungsten Z-pinch plasmas were distributed in the spectral band of 100-600 eV,peaked at 250 and 375 eV.The dominant wavelengths of the wire ablation and the magneto-Rayleigh-Taylor instability were found and analyzed through measuring the time-gated self-emission and laser interferometric images.Through analyzing the implosion trajectories obtained by an optical streak camera,the run-in velocities of the Z-pinch plasmas at the end of the implosion phase were determined to be about(1.3-2.1)×10 7 cm/s.     

闪光二号加速器气体主开关同步触发系统

 设计并调试了闪光二号加速器气体主开关同步触发系统。该系统主要由同步控制部分和高压脉冲形成部分构成。整个触发过程包括同步信号的引出、整形滤波、快速比较电路传输、前级脉冲形成、高压脉冲产生。通过对同步信号的整形处理，解决了发生器电流上的高频信号干扰问题；经过快速比较电路和前级脉冲后，选取了同步信号开始工作的时间点，并形成十几V的触发信号；高压脉冲形成部分主开关采用场畸变结合预电离的方式，该结构的气体开关时间响应为50 ns，抖动小于5 ns，满足使用要求。调试结果表明:该系统输出脉冲电压幅值100 kV，前沿小于10 ns，系统的工作时延440 ns，抖动13.5 ns；可通过增加电缆长度来控制触发信号到达气体开关的时刻，实现气体主开关与Marx发生器的延时同步工作。     

The X-1 Z-pinch driver

X-1 is a program initiative to develop the next-generation laboratory X-ray source using fast Z-pinch drivers. X-1 will provide unique applications utility to high-energy density physics, inertial confinement fusion, and radiation effects simulation research. The advent in the 1980's of pulsed power accelerators capable of delivering tens of terawatts to imploding plasma loads led to a quantum improvement in Z-pinch performance by reducing the implosion time to less than 100 ns. Further progress in Z-pinch performance capabilities was achieved in 1996, using a cylindrical wire-array load, and led to the production of 85 TW, 350-500 kJ of X-rays using the Saturn accelerator at Sandia. The PBFA-II accelerator has been converted to drive Z-pinch loads (PBFA-Z), and will provide a factor of 2 increase in current, and 4 in energy, over that provided by Saturn. X-1 is the next step beyond PBFA-Z and, as presently envisioned, represents a factor of 8 increase in energy. It will require a ~360 TW, ~100 ns pulsed power generator to impart ~16 MJ kinetic energy to the reference imploding plasma load. A baseline concept for X-1 has been developed. It utilizes a highly modular, robust architecture with demonstrated performance reliability     

0.1 Hz 800 kA驱动源模块研制北大核心CSCD

介绍了面向Z箍缩驱动聚变裂变混合堆(Z-FFR)能源的重复频率800kA快上升沿的线性变压器驱动源(LTD)模块的设计和测试。LTD模块由34组RLC电路组成,每组包含2台100kV/40nF脉冲电容器、1个多间隙气体开关和非晶磁芯。研制的模块可以在匹配水电阻负载上以0.1 Hz的重复频率输出上升沿约100ns的800kA的电流脉冲。采用了一个高压触发信号来触发整个模块的新触发方式,将外触发信号通过模块内布置的角向传输线等网络同时到达并触发所有的高压开关,实验结果表明采用一路140kV、25ns前沿的触发脉冲可以可靠地触发整个模块。为了保证LTD模块每10s输出一个80kV/800kA的电流脉冲,非晶磁芯的去磁复位采用了一个5.2kA、脉宽30!s的电流脉冲,其运行频率为0.1 Hz。模块采用的多间隙气体开关运行寿命超过10 000次,其抖动小于3ns。