喷气Z箍缩高速扫描摄影

内爆Z箍缩是一种强的软X射线源，它在核武器物理、核武器效应模拟和惯性聚变等方面有重要的应用前景。喷气Z箍缩是以气体作为负载来产生等离子体，其内爆技术的研究主要集中在20世纪80年代及90年代早期，等离子体半径、压缩速度与时间关系是压缩过程中最为基本的参数。在本次实验研究中，用高速变像管扫描相机首次拍摄了阳加速器在负载为氖气状态下等离子内爆箍缩过程具有时间分辨的扫描像。     

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     

高速分幅相机与阳加速器的精密电流同步技术

 针对在阳加速器上进行Z箍缩实验时存在的同步精度低的问题，研究了一套同步触发信号取自加速器输出电流的技术。利用加速器工作电流波形与物理实验现象间的固有延迟时间关系来判断同步的时刻，时间关联的精度可到达ns量级。为了防止加速器对测量系统的影响，根据延迟时间长短的不同情况还研究了光电隔离方式和光纤传输方式，解决了在阳加速器平台上的电磁干扰问题，实现了在阳加速器上进行可靠物理实验的精密测量工作；本触发方式配合高速分幅相机的应用，稳定而可靠地以10 ns间隔、3 ns曝光时间拍摄到了Z箍缩的发展过程。     

氩气Z箍缩内爆动力学过程实验研究

在太瓦级脉冲功率装置“阳”加速器上开展了一系列氩气Z箍缩内爆实验研究.利用了高时空分辨的X射线纳秒分幅相机、可见光高速扫描相机、激光剪切差分干涉系统、X射线针孔相机和软X射线功率谱仪对内爆动力学过程进行了诊断.观测到了内爆中的“拉链”效应、“颈缩”效应、腊肠不稳定性等现象，获得了等离子体温度变化和内爆速度变化等典型结果，并分析了电流上升时间等因素对等离子体内爆过程的影响，给出了相关结论. 关键词： Z箍缩 等离子体 “拉链"效应 腊肠不稳定性     

“阳”加速器上喷气Z箍缩负载特性

介绍了一种用于"阳"加速器的超音速单壳层喷气Z箍缩负载。利用快响应压力探针对喷气负载产生的超音速流场进行了测量,获得了流场中各个位置的冲击压力以及超音速喷嘴前端的驻室压力,结合流体力学公式,给出了流场中的压力和密度分布。气流的径向密度剖面显示,气体壳层的位置随轴向位置的变化而存在差异,并且随着到喷嘴距离的增加,轴心处的气流密度不断增加。对密度分布的径向积分结果表明,气流在靠近喷嘴处的线质量密度最大,距喷嘴越远,线质量密度越小。利用单壳层超音速喷气负载,在"阳"加速器上进行了喷气Z箍缩内爆实验,对内爆过程进行了初步分析,并利用雪耙模型计算了等离子体壳层的内爆轨迹,计算结果与实验测量较好地符合。     

Kr喷气箍缩等离子体的数值研究

 探讨了Z箍缩等离子体辐射磁流体模拟二维三温物理模型及其数值计算方法，针对“强光一号”加速器上Kr喷气实验的具体条件，利用辐射磁流体力学程序Z-pinch 2D-DG模拟了Kr喷气等离子体聚爆过程，分析了X射线辐射的特点，给出了等离子体密度和温度的演化图像以及喷气箍缩中一些带有普遍性的结论。     

加速器注入器中电子束束剖面直径变化过程的测量

介绍了变像管扫描相机对直线感应加速器注入器中的电子束束剖面直径的应用。获得了由注入器产生电子束 (电流 2～ 3kA)经 0 5mm厚石英玻璃产生的契伦柯夫辐射的扫描像。对拍摄到的扫描像进行了图像处理和数据分析 ,得到了电子束直径随时间变化的曲线图     

喷气箍缩等离子体X射线椭圆弯晶谱仪研究

为了测量喷气箍缩等离子体X射线的空间分辨光谱,利用椭圆聚焦原理,研制了一种椭圆晶体谱仪.分别利用Si(111)、Mica(002)椭圆晶体作色散元件,离心率均为0.948 0,布喇格角为30～67.5°,光谱信号采用半径为50 mm的半圆形胶片接收,从等离子体源经晶体到胶片的光路长为1 430 mm.在“阳”加速器装置上进行摄谱验证实验,成功获取了氩喷气等离子体X射线的光谱.测量光谱波长与理论值相符,其中Si弯晶获得的光谱分辨率(λ/Δλ＝200～300)低于Mica弯晶获得的光谱分辨率(λ/Δλ＝500～700).实验结果表明,该谱仪适合于喷气箍缩等离子体X射线的光谱学研究.     

喷气箍缩等离子体X射线椭圆弯晶谱仪研究

为了测量喷气箍缩等离子体X射线的空间分辨光谱,利用椭圆聚焦原理,研制了一种椭圆晶体谱仪．分别利用Si（111）、Mica（002）椭圆晶体作色散元件,离心率均为0．9480,布喇格角为30～67．5°,光谱信号采用半径为50mm的半圆形胶片接收,从等离子体源经晶体到胶片的光路长为1430mm．在“阳”加速器装置上进行摄谱验证实验,成功获取了氩喷气等离子体X射线的光谱．测量光谱波长与理论值相符,其中Si弯晶获得的光谱分辨率（λ/△λ=200～300）低于Mica弯晶获得的光谱分辨率（λ／△λ=500～700）．实验结果表明,该谱仪适合于喷气箍缩等离子体X射线的光谱学研究．     

应用于Z箍缩等离子体X光产额测量的闪烁体功率计

介绍了在"阳"加速器上使用的闪烁体功率计结构和测量参数,讨论了功率计在北京同步辐射装置上的标定实验,分析了标定结果及由此结果可能给最后实验结果带来的误差,并探讨了修正该误差可行的办法,利用Dante谱仪测得的能谱对功率计测试结果进行修正。修正后,两套设备之间的测试结果差异由原来的30%以上降至15%以内。最后给出了利用软X光闪烁体功率计进行喷气Z箍缩等离子体辐射测量的结果,得到"阳"加速器上喷气Z箍缩负载产生的软X光辐射峰值功率为几十GW,能量产额数百J。     

Z箍缩等离子体X射线凸晶谱仪

 针对波长为0.3~0.5 nm的喷气箍缩等离子体X射线诊断,研制了一种适用的高空间分辨的晶体谱仪。色散元件采用云母（002）凸面晶体,布拉格角为37°,信号采用X射线胶片进行接收,有效接收面积为30 mm×80 mm。物理实验在“阳”加速器装置上进行,胶片获得了氩喷气K,L壳层光谱信号,其光谱范围较宽,为0.31~0.40 nm。经解谱发现,类氦谱线有明显的基底,用最小二乘法拟合包络曲线去噪处理后,得到类氦谱线光谱分辨力为200~300。实验结果表明,该谱仪获得的X射线测量值与理论值相符,适合喷气箍缩等离子体X射线光谱的诊断。     

Simulation of the Wisconsin-Argonne Plasma Wakefield Experiment

The plasma wakefield accelerator (PWFA) is an advanced accelerator concept that uses the large electric fields that can be generated in a plasma to accelerate charged particles. We present the results of a self-consistent two-dimensional simulation of the first experiment designed to test this concept. Linear theory predicts for this experiment an accelerating gradient of approximately 95 MV/m. However, the simulations indicate that a much larger accelerating field is achieved in the plasma. This enhancement is due to strong beam pinching, which is not treated self-consistently by a linear theory. Wave steepening due to a nonlinear modulation of the background plasma is also observed. This steepening results in a phase shift that degrades the acceleration.     

阴阳极等离子体运动对强箍缩离子束二极管束流特性的影响

 主要研究了阴阳极等离子体运动对“闪光二号”加速器强箍缩离子束二极管束流特性的影响。给出了考虑阴阳极产生的等离子体运动对二极管间隙影响的Child-langmuir流、弱聚焦流、强聚焦流和饱和顺位流4个阶段的离子流和二极管总束流修正公式，利用这些修正公式计算的二极管总束流和离子束流强度与实测结果符合很好，在此基础上分析了提高离子束流强度和效率的方法，通过调整加速器参数，实验得到了峰值能量约500 keV，峰值电流约160 kA的高功率离子束。     

预充等离子体密度对杆箍缩二极管特性的影响

在杆箍缩二极管工作前预先填充一定密度的等离子体,可以改善二极管特性,从而提高二极管出射X射线的剂量率。建立了预充等离子体的杆箍缩二极管的粒子模拟模型,通过收集轰击到阳极上的电子,诊断其轴向分布,可以给出不同时刻的束流箍缩特性。利用"剑光一号"加速器低阻抗状态(1 MV/9Ω/40ns)开展了预充等离子体的杆箍缩二极管实验研究。预充适当密度的等离子体后,二极管阻抗降低到10Ω,X射线辐射剂量从0.76mGy提高到3.19mGy,侧向焦斑从9mm降到4mm。模拟结果和实验基本符合。     

Characteristics of anodic glow pulsed plasma

Using the triple Langmuir probe, the characteristics of the glowing plasma adjacent to a constricted anode is obtained. The glow discharge is generated by applying a train of high voltage pulses between the constricted anode and cylindrical cathode with a pulse frequency of 2 kHz at 50% duty cycle. The axial plasma characteristics along the central line of the anode shows crest and trough resembling a double layer. The bulk plasma showed uniform electron density outside the glow. The visual images show an enhancement in the volume of the glow consistent with the discharge current. The mechanism behind the particular double layer characteristics around the anode is being explained in detail.     

高功率强流密度低发射度高亮度赝火花电子束产生

由修改了的脉冲线加速器驱动的、高功率(200kV)、高电流密度、低发射度、高亮度赝火花放电电子束在15pa氮气中产生。束流强度2.2kA,脉宽400ns,束径1mm的电子束从阳极口射出,可在中性氮电离通道中传输20cm。在阳极下游5cm处,电子束相继打穿紧密粘贴在一起的酸敏纸和0.05mm厚的铜箔,分别留下0.6mm和0.3mm的穿孔。依据箍缩平衡条件算出该处的高能电子束的归一化发射度和亮度分别是23πmm mrad和8×10¹⁰A/(m²rad²)。对同一酸敏纸连续轰击10次给出1.6mm穿孔表明它具有好的重复性。观察工作60枪后的放电室发现,各种电极和绝缘子表面几乎未见任何破坏性烧蚀痕迹。实验证明,赝火花电子束的束质量比冷阴极电子束的束质量要好得多。 关键词：     

Efficient radiation production in long implosions of structured gas-puff Z pinch loads from large initial radius

We have proposed and demonstrated successfully a new approach for generating high-yield K-shell radiation with large-diameter gas-puff Z pinches. The novel load design consists of an outer region plasma that carries the current and couples energy from the driver, an inner region plasma that stabilizes the implosion, and a high-density center jet plasma that radiates. It increased the Ar K-shell yield at 3.46 MA in 200 ns implosions from 12 cm initial diameter by a factor of 2, to 21 kJ, matching the yields obtained earlier on the same accelerator with 100 ns implosions. A new "pusher-stabilizer-radiator" physical model is advanced to explain this result.     

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针对实验室等离子体的辐射物理条件和等离子体箍缩三温的数值模型,提出一种定量计算Z箍缩等离子体辐射能谱的近似方法。在给出计算能谱结构的理论方法之后,再将这种近似计算方法编入到Kr喷气Z箍缩等离子体X射线辐射的二维三温辐射磁流体力学模型中,得出典型Kr喷气Z箍缩X射线辐射的能谱分布。对照"强光一号"加速器Kr喷气箍缩实验测量得到的辐射能谱分布,分析了理论与实测结果之间存在的偏差。