超细钨丝的电解腐蚀制备及其性能表征

 直径小于7 μm的超细钨丝是制备Z-pinch丝阵负载的主要原料，为了满足Z-pinch物理实验需要，利用电解腐蚀法原理，制备出了直径最小为3.0 μm的超细钨丝。研究了电解液温度、电解液质量分数、电解电压和收丝速度等工艺条件对钨丝的影响，并用扫描电镜、原子力显微镜和万能测力计测试了所制备钨丝的直径、形貌及抗拉强度。实验表明，电解电压和收丝速度是影响钨丝腐蚀速度的主要因素，所制备的钨丝表面光滑,均方根粗糙度为2.42 nm，直径为3.5 μm的钨丝其抗拉强度为2.32 g。利用这种方法所制备的超细钨丝已用作Z-pinch丝阵负载的靶材料，取得了很好的物理实验结果，X光能量已达到36.58 kJ。     

高温高密度Z-pinch等离子体自适应式平面丝阵负载制备技术研究

 在Z-pinch实验中，加速器两电极间距会因抽真空而发生改变从而导致平面丝阵负载的丝分布发生变化，为了解决这个问题，采用弹簧预压缩的方法，制备出了平面丝阵负载，经实验室模拟检测和物理实验的实际应用证明，平面丝阵负载不但能适应电极方向呈任何方向放置的靶室，还能自动适应靶室电极间距因抽真空而发生的变化。在实验过程中丝阵可以保持绷紧的状态，满足了物理实验的要求。     

Z箍缩等离子体内爆实验金属丝阵负载优化设计分析

金属丝阵Z箍缩(Z-pinch)内爆是产生强x射线辐射的重要方法之一.在一定脉冲功率加速器条件下，金属丝阵质量和丝阵半径的选择决定了Z-pinch内爆等离子体辐射产额的大小.采用薄壳模型计算了不同丝阵质量、不同丝阵半径、不同粗细和不同材料金属丝构成的丝阵的内爆时间、内爆轨迹、内爆速度，以及最大动能和动能转换率，综合分析了丝间隙、内爆时间、动能转换率与丝阵质量和丝阵半径的关系，给出了在一定负载驱动电流条件下，金属丝阵的最佳参数.分析表明计算结果与实验上观察得到的内爆规律一致. 关键词： Z-pinch内爆等离子体 金属丝阵负载 薄壳模型     

用高灵敏度激光干涉仪测量Z-pinch喷气负载质量线密度

 介绍了采用外差式记录系统和相位跟踪方法建立的高灵敏度（0.2°）迈克尔逊激光干涉系统对Z-pinch喷气负载质量线密度的测量。通过采用充气隔振光学平台和将干涉仪放置到喷气真空室内等隔振方法，有效地消除了机械振动对测量结果的影响，获得了拉瓦尔喷嘴产生的超音速Ar气喷气负载平均质量线密度随时间的变化曲线，为优化喷嘴理论设计程序提供了实验依据。气流稳态的建立时间可以用于精确控制喷气装置电磁阀门的打开时刻，保证喷气Z-pinch 实验中脉冲功率装置提供的脉冲电流与喷气负载平顶之间的时间同步。     

Z箍缩丝阵负载参数的优化设计

 以俄罗斯S-300 Z-pinch 装置的负载电流波形为基准，利用Z箍缩的质点模型对钨丝阵负载的初始半径和线质量进行了系统的优化计算，得到了不同电流幅值的电流波形所对应的优化丝阵负载参数。发现了负载最大内爆动能与负载电流幅值的平方成正比关系。电流上升时间对最优丝阵负载参数的影响的计算表明，随着负载电流上升时间的增大，负载的最优线质量也要增大。     

丝阵负载电极结构改造实验

在Z-pinch实验中，丝阵负载电极结构和电流加载前负载的初始状态是影响实验结果及其重复性的重要工程因素之一，为了更好地控制实验条件，排除负载电极工艺结构干扰因素，提高物理实验结果的可靠性和准确性，并逐步实现物理实验精密化，开展了电极结构和负载现场安装工艺流程的改进和控制工作，并通过实验进行了对比研究。研究目的是改进电极结构和负载安装方式，提高负载安装就位状态的重复性和精度，并通过与旧结构进行实验对比，研究电极结构和负载初始状态对实验结果的影响程度和控制方法。     

弹簧支撑自适应Z-pinch单层柱面丝阵负载研制

 在靶室阴、阳电极呈水平放置的电磁内爆加速器中，抽真空时电极间距会收缩变短，电极间的丝阵负载无法维持预定的分布状态，为此，设计出了一套单层柱面状丝阵负载制备技术，通过弹簧预先压缩足够长度使负载能自动适应电极间距变化，并利用一套可以拆卸的辅助装置固定负载各部件。对制备出的多种单层柱面丝阵负载的测试及靶场实验结果表明，负载能自动适应电极间距变化，最大收缩量达3mm，负载丝仍保持预定的分布并且绷紧，制备技术也便于负载的装配、运输和安装。     

喷气Z-pinch高速扫描摄影技术研究

 叙述了高速摄影在阳加速器喷气Z-pinch实验中测量等离子体向心运动时的应用，用高速变像管扫描相机首次拍摄到阳加速器喷气负载为氖气状态下产生等离子体压缩过程的扫描像，该扫描像的时间分辨本领很高,可以观察到等离子体内爆压缩阶段整个过程，测得了该过程的直径随时间连续变化曲线。     

丝阵Z-pinch等离子体辐射图像

研究了丝阵负载Z-pinch的气化及电离过程、等离子体形成及融合过程、等离子体的不稳定性及其发展、先驱等离子体的产生机制及其辐射特性、双层丝阵负载内外层丝阵等离子体的内爆碰撞辐射过程、内爆聚心时刻X光辐射快速变化过程及能量转换机制。在“强光”1号、俄罗斯S300及ANGARA-5-1装置上获得了较全面地反映内爆物理过程的实验结果。     

Z-pinch实验X光辐射过程一维空间分布诊断技术

在Z-piirch实验中，研制了由闪烁体薄膜、光纤阵列、条纹相机等组成的同时具有时间分辨和一维空间分辨能力的Z-pinch等离子体X光辐射过程空间分布诊断装置，诊断装置沿垂直于负载轴向的方向观测等离子体X光辐射的时空分布。利用狭缝实现X光辐射区域的一维空间分辨成像，通过选择狭缝方向可选择测量X光辐射过程沿负载轴向或径向空间分布。     

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.     

双层丝阵Z箍缩电流分配实验研究

负载内外层电流分配是决定双层丝阵Z箍缩内爆动力学模式的关键因素. 在"强光一号"装置上, 利用微型磁探针系统定量测量了双层钨丝阵三个重要径向位置点的电流, 获得了其在驱动电流开始上升至驱动电流达到峰值之前20ns这一阶段内的时间演化行为. 实验使用的双层钨丝阵负载高度为20mm、单丝直径为3.8μm、内/外层丝阵直径分别为8mm/16mm. 对比了内/外层丝根数分别为42/21和21/42时电流分配的差异. 结果表明: 驱动电流上升过程中, 内外层丝阵的电流均逐步增大, 外层丝阵电流份额逐渐减小, 而内层丝阵电流份额逐渐增大; 内层丝阵最大电流份额未超过50%; 内/外层丝根数为21/42的负载外层电流较大. 关键词： Z箍缩 双层丝阵 电流分配     

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     

Z箍缩X射线在金属表面产生电荷分离现象

以"阳"加速器(1 MA,80 ns)驱动的Z箍缩等离子体为X射线源研究X射线加载下金属表面出现的电荷分离现象,Z箍缩负载为16根直径5μm的钨丝组成的丝阵,丝阵半径3 mm。强度107W/cm2、半高宽30 ns的软X射线脉冲通过直径5 mm的限光孔辐照半径30 mm、厚3 mm的铜盘中心,在金属表面产生了脉宽相近,幅值kV的电势。测量了该电势沿金属表面的分布,观测到微弱的调制现象。电势的极性表明电子主要沿金属表面运动而不是垂直表面运动,这表明热电效应是造成电荷分离的主要机制。入射X射线强度较弱时,电子的个体行为——光电效应、康普顿效应占主导;当入射强度较大时,弱关联的集体行为——热效应占主导;进一步增大入射X射线强度将出现强关联的集体行为——电荷密度调制状态。     

金属丝阵列Z箍缩装置中的瑞利-泰勒不稳定性

磁流体瑞利－泰勒（RT）不稳定性是Z箍缩装置研究中的重要理论课题。引入一个金属丝阵列型Z箍缩的雪耙模型,对RT不稳定性的扰动幅值进行了初步的定量分析,提出了用剪切轴向流来抑制和减弱Z箍缩中的RT不稳定性,并探索了其它可用来抑制这种超快过程产生的不稳定性的方法。     

表面绝缘混合平面丝阵Z箍缩激光阴影图像诊断

基于脉冲半高全宽约为9 ns、波长为532 nm的Nd:YAG激光器,采用条纹相机和商用数码相机两种记录设备,建立了时间分辨和时间积分两种模式的激光阴影图像诊断系统,在"强光一号"装置上对表面绝缘混合平面丝阵Z箍缩等离子体开展了实验研究.实验结果表明:在融蚀过程中表面绝缘金属丝冕等离子体发展较普通金属丝慢,在t=44ns到t=56ns之间,其平均膨胀速度分别为1.1×104m·s-1和1.7×104m·s-1;在等离子体滞止前10 ns的快速聚爆过程中,表面绝缘金属丝和普通金属丝两侧的平均聚爆速度分别为5.5×105m·s-1和9.3×105m·s-1,表面绝缘一侧等离子体滞止时间小于普通金属丝一侧,分别为5.9 ns和9.5 ns;等离子体碰撞分界线偏向于表面绝缘一侧,滞止时形成的磁流体不稳定性结构类似.     

基于聚龙一号的钨丝阵Z箍缩内爆辐射特性

介绍了基于聚龙一号装置的Z箍缩诊断和实验布局, 分析了丝数132~300、丝直径5~10 m、丝阵直径13~30 mm的单/双层钨丝阵Z箍缩内爆动力学过程和软X射线辐射特性规律。研究表明, 钨丝阵等离子体的停滞时间与零维薄壳模型计算的停滞时间一致, 内爆轨迹存在偏离, 丝阵等离子体内爆开始前以丝烧蚀为主, 内爆开始时间约为总内爆时间的67%;随着负载质量和半径的增大, 负载电流、内爆停滞时间和X射线辐射脉冲半高宽也相应增加, X射线辐射峰值功率减小。双层钨丝阵的内爆均匀性和一致性优于单层丝阵, 其辐射峰值功率明显高于单层钨丝阵, 但单/双层钨丝阵辐射产额基本相当, 能量转换效率约为15%。此外, 还初步讨论了单层钨丝阵驱动的低密度泡沫动态黑腔辐射功率波形特征及其与纯钨丝阵内爆辐射的差异。     

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     

铝丝阵列Z箍缩的辐射磁流体动力学过程

 在拉格朗日坐标系下，建立了描述Z箍缩等离子体内爆动力学过程的一维三温辐射磁流体力学方程组，并编制了相应的拉氏程序。利用该程序对美国Sandia实验室Saturn装置上的铝丝阵列内爆实验进行了数值模拟，得到了内爆等离子体各参量的时空分布。其中内爆到心时刻、X光峰值功率、X光总能量等计算结果与实验结果基本一致。表明所建立的物理模型和编制的程序是合理和可靠的。     

Z箍缩内爆过程中的能量转换机制研究

利用一维三温辐射磁流体力学程序对氖气和铝丝阵Z箍缩内爆过程中的能量转换过程进行了详细的数值研究，发现在内爆过程中离子和电子之间的碰撞能量交换是最主要的能量交换过程，其次是电子和光子之间的光电过程和轫致过程，而康普顿散射过程中的能量交换可以忽略不计；辐射出的x射线主要是在光电激发和光电复合过程中产生的，其次是在轫致辐射过程和康普顿散射过程中产生的.理论分析表明，辐射出的x射线能量可以超过，也可能小于其等离子体最大动能.数值模拟结果表明，在氖气Z箍缩中，辐射出的x射线能量没有超过其等离子体最大动能，而在铝丝阵列内爆中，辐射出的x射线能量超过了其等离子体最大动能，但小于磁压所做的功；在整个Z箍缩过程中欧姆加热能量是较小的. 关键词： Z箍缩 能量转换 x射线辐射