X射线连续谱法诊断铝丝阵Z箍缩等离子体温度

用球面石英弯晶衍射、CCD记录测量铝丝阵Z箍缩中的时间积分X射线连续能谱,并由连续谱斜率拟合出电子温度.该法获得的拟合数据点多,能有效筛除含线辐射的数据,减弱线辐射的影响,求得更可靠的等离子体核心高温区的温度.以发次09076为例,核心温度约为250 eV,在95%的置信度范围里,其变化范围约241—258 eV. 关键词： 球面弯晶 连续谱 电子温度 Z箍缩     

最优化方法处理等离子体连续辐射谱

等离子体连续辐射谱反应了轫致辐射和复合辐射总效果,通过对连续谱的拟合可以给出等离子体的电子温度信息.基于Z箍缩钠等离子体的连续辐射谱数据,提出以最优化的观点来拟合实验数据,可以充分将实验中涉及到的多种未知变量作为不定参数考虑进去,比普遍采用的直线拟合更准确,其残差平方和仅为后者的1/3.6,同时与共振线强度比得到的电子...     

“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。     

闪电等离子体连续辐射谱特征分析

闪电等离子体光谱特征是在强连续辐射背景上叠加丰富的NⅡ,NⅠ,OⅠ,HⅠ线状谱,闪电回击通道温度可达万开以上,通道内氮分子和氧分子接近完全离解,分析连续谱时,不考虑各组分分子带状谱对连续谱的影响。使用摄谱范围在400~1 000 nm的无狭缝光栅摄谱仪记录云对地闪电放电光谱,在光谱可见区低频段观测到大量一价氮离子谱线,未观测到明显的其他离子谱,认为连续辐射机制主要由氮离子与自由电子相互作用产生,包括轫致辐射和复合辐射。等离子体温度在1×104 K以下时轫致辐射连续谱呈现出平谱特征,辐射强度较弱,随着等离子体温度升高在紫外段辐射强度增加,对可见段连续谱轮廓特征没有明显影响。对于复合辐射,设闪电等离子体符合局域热力学平衡和光学薄条件,以类氢离子经典辐射理论为基础,以冈特因子作量子力学修正,考虑到复合过程中自由电子被离子俘获,大概率出现在高激发状态,引入非类氢的复杂离子近似计算方法分析氮离子复合辐射过程,导出连续谱复合辐射系数与波长的函数关系,获得特定参数条件下氮等离子连续辐射谱特征曲线,与闪电连续谱轮廓观测结果比较,发现等离子体电子温度与连续辐射谱谱峰位置密切相关,认为通过对闪电连续谱轮廓拟合,能够可靠诊断闪电放电通道表面电子温度。研究认为氮离子实有效核电荷数Z*取值对连续谱特征也有显著影响,Z*取值小,连续谱跃变特征增强;Z*取值大,连续谱展宽特征增强,从而与实测谱轮廓底部背离增大。通过多次对比发现Z*取为2~4时,理论曲线与连续谱观测轮廓具有较好的一致性,Z*的取值范围由离子种类决定,引入离子有效核电荷数Z*,能够很好地解释闪电等离子体连续谱在特定波长出现跃变的特征。     

“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     

闪电等离子体连续光谱轮廓形成机理研究（英文）

利用光谱范围为400～1 000 nm的无狭缝光栅光谱仪记录了云对地闪电放电光谱,在可见光谱的低频段观测到丰富的一价氮离子谱线,没有明显观测到其他重要的离子谱线。闪电通道内大量电子在电场作用下向地面倾泻使通道快速加热,沿通道径向温度降低,通道表面附近氮离子与电子的相互作用增强从而产生连续辐射。闪电的连续辐射机制主要包括轫致辐射和复合辐射,对应于氮离子与自由电子的库仑碰撞和对自由电子的捕获。当等离子体温度低于10 000 K时,轫致连续辐射谱为平坦谱,其对连续谱在可见光范围内的轮廓特征没有明显影响。复合辐射方面,以类氢离子经典辐射理论为基础,引入非类氢的复杂离子近似计算方法,用Gaunt因子进行量子力学修正,分析氮离子的复合辐射过程。据此导出连续光谱复合辐射系数与波长的函数关系,由关系式绘制氮等离子体连续辐射光谱的特征曲线,与闪电连续光谱观测结果进行比较,发现等离子体表面电子温度与连续辐射光谱谱峰的位置密切相关;引入氮离子的有效核电荷数Z*对连续谱的阶跃特征和谱翼展宽特性有显著影响。对比发现,当Z*为3时,理论曲线与连续光谱的轮廓特征高度一致。Z*的取值范围由离子种类决定,有效荷电荷数Z*能很好地解释闪电等离子体在给定波长下连续光谱的阶跃特征。     

丝阵靶箍缩等离子体软X射线辐射能谱研究

 在S—300装置上研究了丝阵靶Z箍缩等离子体的软X射线辐射的动态过程。利用多通道X射线谱仪在50～2 000 eV范围内测量了丝阵靶内爆等离子体X射线辐射谱，辐射主要位于60~220 eV谱段。辐射谱可用温度为40~50 eV的Planck黑体谱近似描述。在能量高于500 eV的谱段，辐射谱与Planck黑体谱有较大的偏离。这主要是因为等离子体热斑的出现、在1.5~2 keV范围内线谱的存在和加速电子轫致辐射的结果。     

连续辐射谱法计算闪电通道电子温度

基于连续辐射理论,得到连续辐射能量与等离子体电子温度的关系式。依据青海地区一次强地闪回击过程的光谱,从中分离出连续辐射强度,对其吸收特征进行分析以减小吸收带来的计算误差。通过对连续谱强度的曲线拟合得到闪电放电通道电子温度,温度峰值为29 800 K,温度下限为16 200 K,由同一波段光谱中的O Ⅰ线和N Ⅱ线分别拟合了电子温度。比较结果发现：由连续辐射得到的闪电通道电子温度从高温向低温过渡,高温值与离子线信息获得的闪电核心电流通道处的温度符合较好,而低温则与原子线计算的结果接近,反映了外围电晕发光通道的温度。所以,依据连续谱得到的结果能更全面地反映温度沿通道径向的分布。对于闪电热等离子体通道,连续谱法提供了一种计算闪电放电通道电子温度的新途径,对地闪回击研究有一定的意义。     

Z箍缩动态黑腔形成过程MULTI程序一维数值模拟

Z箍缩动态黑腔能够高效地将Z箍缩丝阵等离子体动能转换为黑腔辐射能,为驱动惯性约束靶丸聚变提供高品质的X射线辐射场.利用一维双温多群辐射磁流体力学程序MULTI-IFE,研究了"聚龙一号"装置驱动电流条件下的Z箍缩动态黑腔形成基本物理过程.数值模拟结果表明,在动态黑腔形成过程中,辐射热波的传播速度比冲击波的传播速度更快,比冲击波更早到达泡沫中心,使中心区域的泡沫在冲击波到达前就已具有较高的辐射温度.对于"聚龙一号"装置动态黑腔实验0180发次采用的负载参数,辐射热波和冲击波在泡沫中的传播速度分别约为36.1 cm/μs和17.6 cm/μs,黑腔辐射温度在黑腔形成初期约80 eV,在冲击波到达泡沫中心前可达100 eV以上,丝阵等离子体外表面发射的X射线能量集中在1000 eV以下.本文给出了程序采用的计算模型、美国"土星"装置丝阵内爆计算结果和"聚龙一号"装置动态黑腔实验0180发次模拟结果.     

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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。     

氙等离子体输运性质计算

采用基于将Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法计算获得了温度范围在300—40000 K,不同压力条件下氙等离子体的黏性、热导率和电导率.热力学平衡条件下的计算结果与文献报道的实验和计算结果符合良好,验证了计算方法和结果的合理性与准确性.在此基础上,计算获得了电子温度(T e)不等于重粒子温度(T h)的热力学非平衡和化学平衡条件下氙等离子体的输运性质,并分析了输运性质随压力和热力学非平衡程度变化的原因.     

Spatially-resolved spectroscopic diagnosing of aluminum wire array Z-pinch plasmas on QiangGuang-I facility

Spatially-resolved crystal spectrometers with a high spectral resolution are developed to diagnose K-shell x-ray radiation from Z-pinch plasmas. These diagnostic apparatuses are successfully applied to aluminum wire array Z-pinch experiments on QiangGuang-I facility, a driver with a pulsed current up to about 1.5 MA in 80 ns. Time-integrated experimental results show that the K-shell x-ray emission lines of aluminum Z-pinch plasmas are dominated by line emissions from helium-like ionisation state. Bright spots that might have higher electron temperature or density are produced randomly in location and size along the z-axis during implosions. According to the experimental data, the electron temperature and the ion density are estimated to be between 250 eV and 310 eV, and between 7.0×10¹⁹cm^-3 and 4.0×10¹⁹ cm^-3 respectively, while the ion temperature is inferred to be about 10.2 keV, which is much higher than the electron temperature.     

弱电离大气等离子体电子碰撞能量损失的理论研究

在前期计算电子能量分布函数的基础上, 求出弱电离大气等离子体中各碰撞反应过程的电子能量损失. 由于在弹性碰撞中电子-重粒子能量交换很少, 同时氮气、氧气分子又有很多能量阈值较低的转动、振动能级存在, 因此在大气等离子体中弹性碰撞电子能量损失所占份额很小(直流电场下小于6%). 研究发现, 弱电离大气等离子体中在不同能量区间占主导的能量损失过程不同. 随着有效电子温度(或约化场强)增加, 占主导的电子能量损失过程依次为转动激发、振动激发、电子态激发、碰撞电离、加速电离产生的二次电子. 在约化场强E/N=1350 Td (或有效电子温度为14 eV)附近, 平均电离一个电子所需的能量最小, 约为57 eV. 因此可以根据不同的需求调节电场强度, 从而达到较高的能量利用率. 关键词： 弱电离大气等离子体 碰撞反应过程 电子能量损失     

Study on divertor plasma behavior through sweeping strike point in new lower divertor on EAST

A series of L-mode discharges have been conducted in the new ‘corner slot’ divertor on the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) to study the divertor plasma behavior through sweeping strike point. The plasma control system controls the strike point sweeping from the horizontal target to the vertical target through poloidal field coils, with keeping the main plasma stability. The surface temperature of the divertor target cools down as the strike point moves away, indicating that sweeping strike point mitigates the heat load. To avoid the negative effect of probe tip damage, a method based on sweeping strike point is used to get the normalized profile and study the decay length of particle and heat flux on the divertor target λ_js, λ_q. In the discharges with high radio-frequency (RF) heating power, electron temperature T_e is lower and λ_js is larger when the strike point locates on the horizontal target compared to the vertical target, probably due to the corner effect. In the Ohmic discharges, λ_js, λ_q are much larger compared to the discharges with high RF heating power, which may be attributed to lower edge T_e.     

Dynamic contribution to the fishtail effect in a twin-free DyBa2Cu3O7−δ single crystal

Superconducting current densities j_s and dynamic relaxation rates Q d ln j_s/d In(dB_e/dt), where dB_e/dt is the sweep rate of the external magnetic field B_e, were measured as a function of temperature (5 K < T < 65 K) in magnetic fields up to 7 T on a twin-free DyBa₂Cu₃O_7−δ single crystal by means of a high-sensitivity capacitance torque magnetometer. Above 15 K, we observe a “fishtail” effect, i.e. a pronounced minimum in the j_s(B_e) curve at fields around B_e = 1 T. The relaxation rate Q shows an anomalous increase at low fields which is correlated to the minimum in the j_s(B_e) curve. Both the j_s versus B_e and Q versus B_e data are used as input parameters into the generalized inversion scheme developed by Schnack et al. [Phys. Rev. B 48 (1993) 13178] to calculate the true critical current density j_c which is by definition independent of relaxation effects. Interestingly, the j_c(B_e, T) curves derived in this way do not show a minimum. This points clearly to a dynamic contribution to the fishtail effect. The true critical current density j_c(B_e, T) decreases weakly with increasing B_e over the entire measured temperature and field range, as expected for single-vortex pinning. This indicates that the observed fishtail effect is not caused by a crossover from single-vortex pinning to pinning of flux bundles. The temperature dependence of j_c is in good agreement with the predictions of a model based on single-vortex pinning caused by spatial fluctuations in the charge-carrier mean free path.     

Effective activation energy Ue(T,J,H) in textured Bi1.84Pb0.4Sr2Ca2Cu3Oy silver-clamped thick films

We have measured the resistivity of textured Bi_1.84Pb_0.4Sr₂Ca₂Cu₃O_y silver-clamped thick films as a function of temperature, current density ranging from 10 to 1×10³ A/cm² and magnetic field up to 0.3 T. We find that the effective activation energy U_e follows U_e(T,J,H)=U₀(1−T/T_p)^mln(J_c0/J)H⁻ with m=1.75 for Hab-plane and 2.5 for Hc-axis and =0.76 for Hab and 0.97 for Hc, for the current density regime above 100 A/cm², where T_p is a function of applied magnetic field and current density. This result suggests the effective activation energy U_e be correlated with the temperature, current density and magnetic field. The possible dissipative mechanisms responsible for the temperature, current density and magnetic field dependence of the effective activation energy are discussed.     

Strong laboratory double layers in the presence of a magnetic field

Using a triple plasma device, strong double layers (Δ 20 T_e/e) have been produced in an axial magnetic field of 50 G. Numerical results indicate that suppression of plasma generation in the region of a double layer is necessary for its existence.     

Dy3Al5O12磁热性质研究

用量子理论计算了Dy₃Al₅O₁₂的晶场能谱、Zeeman劈裂能级和波函数. 在外磁场H_e为0<H_e<9 T, 温度为3<T<42 K 范围内, 计算了该晶体的磁矩、磁熵变, 计算结果与相关实验数据吻合较好. 该计算结果表明, Dy₃Al₅O₁₂内磁性离子间的交换作用非常微弱, 可以忽略. 从理论上给出了绝热退磁过程中温度变化ΔT与T的关系, 并与Gd₃Ga₅O₁₂晶体进行了比较, 发现不同外磁场下, Dy₃Al₅O₁₂和Gd₃Ga₅O₁₂的低温制冷性能在不同温区有差别. 在进行低温(T<10 K)制冷时, 若外磁场较低, 选择Dy₃Al₅O₁₂作为磁制冷材料较好; 若外磁场较高, 选择Gd₃Ga₅O₁₂作为磁制冷材料较好.