强光一号Z箍缩实验研究

 在强光一号装置驱动电流峰值1.4~2.1 MA、上升时间80~100 ns条件下,研究了喷Kr气、喷Ne气、W丝阵和Al丝阵负载Z箍缩等离子体的辐射特性和聚爆过程。实验研究中,用分压器和两个罗戈夫斯基线圈分别测量二极管的电压和流过负载的电流波形,用过滤型X射线二极管和100~1 400 eV平能谱响应闪烁探测器测量X射线时间谱,用镍薄膜量热计测量X射线总能量,用纳秒时间分辨软X射线图像诊断系统记录了Z箍缩的聚爆过程,用时空分辨的椭圆弯晶谱仪诊断了Z箍缩等离子体产生的keV级特征X射线的能谱分布。其中,喷Kr气负载的X射线辐射总能量大于60 kJ,峰值功率约1.7 TW,总能量转换效率可达23%;W丝阵负载的辐射总能量大于30 kJ,峰值功率约1.30 TW,总能量转换效率约为12.5%;喷Ne气负载的keV级辐射总能量5.6 kJ,峰值功率约256 GW,能量转换效率可达2%; Al丝阵负载的keV级辐射总能量2.3 kJ,峰值功率约94 GW,能量转换效率可达0.8%。喷气负载在Z箍缩聚爆过程中存在“拉链”现象,丝阵负载在Z箍缩聚爆过程中存在先驱现象。     

用于测量Z箍缩铝等离子体K层辐射的邻苯二甲酸氢铊弯晶摄谱仪

 基于邻苯二甲酸氢铊(TAP)弯晶和软X射线分幅相机建立了一套4通道的时空分辨弯晶摄谱仪,测谱范围1 500～2 300 eV,时间分辨约2 ns。分析了谱仪各环节的信号传递和转换过程对系统谱响应的影响。利用该谱仪在“强光一号”加速器(约1.5 MA, 80～100 ns)Al丝阵Z箍缩实验中获得了时间分辨及时间积分的Al等离子体K层辐射谱,记录到了类H、类He离子主要共振线及类Li、类He离子双电子复合伴线。将摄谱结果与分能区X射线图像进行了比较。时间分辨的发射谱相对强度与积分结果有明显不同,反映了等离子体在5～10 ns时间尺度上的电子温度和离子布居变化。     

“碰撞-辐射”模型在Z箍缩等离子体K壳层线辐射谱分析中的应用

介绍了由K壳层谱线强度比估算等离子体状态参数的"碰撞-辐射"模型的基本原理.详细描述了自行研制的基于该模型的Z箍缩等离子体K壳层线辐射谱分析程序——ZSPEC的基本情况.给出了氖等离子体的计算结果,包括不同电离态离子的相对含量随电子温度的变化曲线和K壳层谱线强度比在"电子密度-电子温度"平面内的等高线分布图.该程序已在"阳"加速器Z箍缩实验结果分析中得到应用,将椭圆晶体谱仪测得的氖等离子体K壳层谱线强度比与ZSPEC程序计算结果相比较,得出在该发实验 关键词： 碰撞-辐射模型 K壳层线辐射谱')" href="#">K壳层线辐射谱 氖气喷气Z箍缩 阳加速器     

“强光一号”Al丝阵Z箍缩产生K层辐射实验研究

在“强光一号”加速器开展了Al丝阵Z箍缩产生K层辐射的实验研究,固定Al丝线径20 μm、丝阵直径12 mm,丝根数为8和12的负载获得K层产额分别为0.9 kJ/cm和1.1 kJ/cm,明显高于16和24根丝负载.辐射功率波形和时间分辨的X射线图像显示,低丝数负载存在拖尾质量引起的多次内爆现象.在60%—80%的内爆时间内,丝阵几乎停留在初始位置;主体内爆在随后的25—30 ns内完成,将部分等离子体留在初始位置,形成质量的拖尾分布;内爆后期驱动电流向外围的拖尾质量迁移,引 关键词： Al丝阵 Z箍缩 K层辐射')" href="#">K层辐射 拖尾质量     

“强光一号”钨丝阵Z箍缩等离子体辐射特性研究

在“强光一号”装置驱动电流峰值1.4—2.1MA、上升时间80—100ns条件下，研究了不同丝阵直径、丝数及丝直径的钨丝阵负载Z箍缩等离子体的辐射特性.用自行研制的测试系统对等离子体辐射参数进行了诊断.实验获得的最大X射线总能量为34kJ，最大峰值功率为1.28TW.得到了一些关于钨丝阵Z箍缩等离子体辐射特性的规律性认识. 关键词： 钨丝阵 Z箍缩 等离子体辐射     

单层丝阵负载Z箍缩内爆辐射特性研究

在电流3—4MA的Angara-5-1脉冲装置上进行了单层钨丝阵Z箍缩实验,利用具有坪响应的X射线功率谱仪获得X射线功率,利用X射线纳秒分幅相机获得等离子体内爆辐射区图像.在丝阵直径相同时,实验得到较细的丝直径使得内爆较早,收缩比较大;较大的丝间隙使得内爆早期丝间等离子体不能有效的融合,而是较孤立的等离子体簇向内箍缩;较大的丝直径和丝间隙导致不稳定性波长较大.在丝阵直径不同,丝直径相当时,实验得到较大的丝阵直径内爆启动较早,具有较大的内爆速度,但等离子体在内爆过程中较分散.另外,较大的丝直径和丝阵直径使X射线辐射脉冲时间较宽.     

“阳”加速器Z箍缩实验用透射光栅谱仪

研制的透射光栅谱仪配备了高线密度金透射光栅作为分光元件,使用X光CCD记录时间积分光谱图像。在谱仪结构中引入了两个相互垂直的狭缝,一个用于实现光谱图像的1维空间分辨;另一个与光栅相配合后具有准直入射X光的作用,用来提高谱仪的分辨力。使用该谱仪对"阳"加速器Z箍缩实验的X光辐射进行了测量。当使用铝丝阵作为负载时,测得了铝的K壳层辐射和类锂离子的线谱辐射,并且通过将光谱图像与X光针孔相机的测量结果相比较,观察到了"热点"区域放出的较强的K壳层辐射。     

铝-钨丝混编阵的Z-箍缩实验研究

利用铝丝和钨丝混合编制的丝阵作为Z箍缩的负载，在俄罗斯Kurchatov研究所的S300强流装置上对其Z箍缩过程进行了实验研究，并与纯铝丝阵和纯钨丝阵的实验结果进行了比较.不同材料组成的丝阵的Z箍缩x射线能谱之间有明显差异，混编丝阵的铝K壳层的x射线辐射强度比纯铝丝阵的弱，在纯钨丝阵Z箍缩中没有发现波长小于1.6nm的线辐射.混编丝阵Z箍缩的x射线发光区域比纯铝丝阵的小，但比纯钨丝阵的大,混编丝阵的x射线产额比纯铝丝阵的大，但比纯钨丝阵的略低.在驱动电流为2.5—2.8MA条件下，Z箍缩的径向收缩比为4—5，x射线辐射脉冲脉宽为25ns左右，峰值为0.3—0.5TW，总能量为10—20kJ.激光探针的阴影像显示了丝阵等离子体形成的细致过程，还表明了等离子体的边界面不够清晰，其不稳定性有明显的发展，内部有丰富的结构. 关键词： Z箍缩 混编丝阵 S300强流装置     

软X射线连续谱Z箍缩铝等离子体电子温度诊断

针对强光一号加速器（约1.5 MA,80～100 ns）Z箍缩铝丝阵实验设计和研制了一套弯晶谱仪,采用邻苯二甲酸氢铊（TlAP）晶体对辐射能谱进行色散,用X射线胶片记录连续辐射谱型,谱仪测谱范围为1.8～3.0 keV。以第10084发次平面型铝丝阵负载实验为例,获得了具有轴向分辨的时间积分辐射谱型,对其中某一热斑处的数据进行处理得到了该区域等离子体时间积分电子温度约为520(135%)eV。     

利用凸晶摄谱仪获取Z箍缩等离子体X辐射单色图像

考虑晶体摇摆曲线的影响,用光线追迹方法讨论了凸晶摄谱仪的能谱分辨率、单色图像径向空间分辨本领以及晶体与X射线源之间的距离对它们的影响.根据讨论建立了云母凸晶摄谱仪,在"强光一号"装置上对系统进行了成功地测试,获得铝丝阵负载Z箍缩等离子体X辐射单色图像.时间积分图像表明,Z箍缩Al等离子体K壳层Lya和Heβ线辐射来自等离子体核心直径约2.3 mm的区域.     

Detection of the X-ray spectra of imploding neon Z-pinch with elliptically bent mica crystal spectrometer

A wide variety of X-ray and extreme ultraviolet diagnostics are being developed to study on Yang acceler- ator. An elliptically bent crystal spectrometer is designed with a focal length of 1350 mm. A mica crystal with an interplanar spacing of 1.984 nm bent onto an elliptical substrate with eccentricity of 0.9485 is used. The crystal analyzer covers the Bragg angle range from 30° to 60°. The mica crystal can efficiently reflect radiation in multiple orders, covering the entire spectral range from 0.1 to 1.73 nm except for a gap from 0.86 to 1.0 nm. The application experiment is performed on Yang accelerator using the bent mica crystal analyzer. Spectra of neon-puff Z-pinch plasmas are recorded with a X-ray film, showing the H-like and the He-like lines of neon. Each spectrum has been identified and used for the wavelength calibration, and most of the line radiation is contained in the He-α and the L-α lines. The experimental results have demonstrated that the spectral resolution approximates 379.     

用云母弯晶谱仪探测Z箍缩等离子体X射线光谱

 为了研究Z箍缩等离子体辐射的X射线光谱,研制了可用于“阳”加速器上探测宽频谱范围的X射线椭圆弯曲晶体谱仪。该谱仪晶体分析器采用云母材料,椭圆焦距为1 350 mm,离心率为0.948 5,覆盖布拉格范围为30°~60°,可探测X射线波长范围为0.10~1.73 nm(0.86~1.00 nm除外),用X射线胶片接收光谱信号。探测实验在中国工程物理研究院“阳”加速器上进行,实验结果表明:谱仪获取了氩的类氢共振线L_ya及其伴线、类氦共振线(1s2p¹P₁-1s2¹S₀)w线及磁四级M₂2跃迁(1s2p³P₂-1s²¹S₀)x线、互组合跃迁(1s2p³P₁-1s²¹S­₀)y线、禁戒谱线(1s2p³S₁-1s²¹S₀)z线和K­_-a线,谱线分辨率达到564。实验证明弯晶谱仪适合于Z箍缩等离子体X射线光谱学诊断。     

“阳”加速器上的Z箍缩诊断技术

概述了为开展Z箍缩实验物理研究而建立的一些诊断技术和方法。这些诊断技术已成功应用于"阳"加速器(负载电流1.2 MA,上升时间85 ns)喷气和丝阵Z箍缩物理研究中,其中软X光8通道Dante谱仪和软X光闪烁体功率计主要用于软X光能段的辐射功率、能量和低能辐射能谱测量;椭圆弯晶谱仪、凸圆柱晶体谱仪和透射光栅谱主要用于X光辐射线谱和连续谱的测量,以获取等离子体密度、电子和离子温度等信息;X光八分幅针孔相机、分能段6通道X光掠入射针孔积分相机和激光差分干涉测量系统主要用于研究Z箍缩内爆动力学过程及等离子体参数等,并给出了这些诊断系统获取的典型实验结果,包括X光辐射功率、辐射能谱、等离子体内爆图像和密度分布等。     

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     

多通道软X射线Dante谱仪标定及实验

 介绍了用于阳加速器上Z箍缩内爆实验诊断的Dante谱仪的结构和通道配置,详细讨论了X射线二极管、掠入射平面反射镜和滤片等主要元器件的标定结果,分析了标定结果与理论计算发生偏差的原因,给出了喷气Z箍缩等离子体辐射的测量结果,X光辐射功率30～40 GW,能量约0.8 kJ,并与闪烁体光电管测量结果进行了比较,差异约20%。     

软X光Dante谱仪的平滑解谱算法及其在Z箍缩诊断中的应用

 针对自行研制的8通道Dante谱仪,提出了一种使用B样条曲线进行平滑解谱的算法,并用黑体谱对其进行了验证。计算结果表明：新算法与使用矩形函数解谱的算法相比,对能谱轮廓与总辐射强度的反演精度均有明显提高。给出了“阳”加速器氩气喷气Z箍缩实验的测量波形,由8通道Dante谱仪的测量结果解谱得到的软X光峰值辐射功率和总能量分别为40.5 GW和851 J,与软X光功率计经修正后的测量结果相一致。     

Z箍缩等离子体均匀色散晶体光谱成像

为了诊断Z箍缩等离子体X射线相关信息,利用自聚焦和均匀色散原理,研制了一种新型的均匀色散弯晶谱仪。晶体分析器采用-石英（1010）,布拉格角为43.4~72.7,利用有效面积为10 mm50 mm的X射线胶片接收光谱信号,实验在中国工程物理研究院阳加速器装置上进行,摄谱元件获得了Z箍缩铝丝阵等离子体的类H及类He谱线。实验结果表明:谱线分布遵循均匀色散条件,所研制均匀色散弯晶谱仪线色散率为-116.198 mm/nm,与理论值-120 mm/nm的相对误差为3.168%,能够用于Z箍缩等离子体X射线的光谱学研究。     

Z箍缩等离子体K壳层X射线自辐射单色成像

采用针孔配接对数螺线柱面晶体方案,研制了一种小型、靶室内置X射线单色成像器,用于获取Z箍缩等离子体K壳层自辐射单色图像。在阳加速器上对该成像器进行了测试,成功地获取了铝丝阵负载Z箍缩等离子体K壳层自辐射的类氢线与类氦线单色图像。实验结果表明:该成像器具有优异的单色性（能谱带宽小于1 eV）,适合于中低原子序数Z箍缩内爆负载的特征谱线单色图像诊断。