Numerical study of the scaling of the maximum kinetic energy per unit length for imploding Z-pinch liner

Numerical computation based on a zero-dimensional thin-plasma-shell model has been carried out to study the scaling of the maximum kinetic energy per unit length, the current amplitude and the compression ratio for the imploding Z-pinch liner driven by peaked current pulses. A dimensionless scaling constant of 0.9 with an error less than 10% is extracted at the optimal choice of the current and liner parameters. Deviation of the chosen experimental parameter from the optimal exerts a minor influence on the kinetic energy for wider-shaped and slower-decaying pulses, but the influence becomes significant for narrower-shaped and faster-decaying pulses. The computation is in reasonable agreement with experimental data from the Z, Saturn, Blackjack 5 and Qiangguang-I liners.     

铝单丝Z箍缩形成无核冕结构的物理分析

针对铝单丝Z箍缩负载,计算其可形成金属蒸气而不形成核冕等离子体的电路和负载参数范围。提出了铝丝电爆炸形成金属蒸气的能量沉积判据和击穿电压判据;建立了热动力学模型,选取电路参数使得金属丝气化时放电回路电流恰好迅速下降,从而避免发生电压击穿。计算了典型电路下的负载电流、电压、电阻及沉积能量的变化曲线,并分析了回路总电感、充电电压以及负载丝长度、直径对其的影响规律。计算结果表明:当储能电容为150pF、充电电压为65kV、回路电感为300nH时,可驱动直径20μm、长2cm的铝丝电爆炸形成铝丝蒸气。快电流前沿、小丝直径和较短的丝长度有助于提高负载中的单位质量沉积能量,容易电爆炸形成金属蒸气负载。     

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。     

����Hugoniot�����������������ķ���

利用能够体现电子壳层结构效应的三项式状态方程,结合Hugoniot关系式,对Al和Ag的冲击压强和冲击温度进行计算,将结果与实验数据和其他代码计算的结果进行比对。然后对Be、Al、Fe、Ag、Au和Pb金属材料沿Hugoniot曲线上的压强、温度、平均电离度、Fermi简并因子和有效绝热指数进行系统地研究,并给出细致的物理分析。最后总结这些特征物理量随质量密度压缩比变化的一般趋势。     

多间隙气体开关电感

介绍了一种用于快脉冲直线变压器的低电感多间隙气体开关。专门构造了多种形式的单通道放电实验,测量了在不同形态单通道放电时的开关电感,研究发现:单通道放电时开关电感除了受到角向电流的影响,还与电弧通道引起的放电回路面积变化有关,开关电感理论计算值与单通道放电时的实测结果最接近;开关在自放电和触发时,均形成了多通道放电,电感明显降低,触发时开关电感最小约为49 nH,电极角向电流的影响可以忽略。     

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。     

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。     

用于产生硬X射线实验的角向脉冲磁场装置的研制

 介绍了角向磁场装置，测量了回路电流和角向磁场分布，简要介绍了主机与磁场同步系统，并给出了产生角向磁场的电流与硬X射线产生关系的初步结果。     

高功率离子束的应用研究

 给出用“闪光二号”加速器高功率离子束轰击19F靶产生6~7MeV准单能脉冲γ射线的实验结果；提出采用离子束传输法分离和降低轫致辐射干扰的方法，利用闪烁体探测器和半导体探测器，测出质子传输不同距离后轰击C₂F₄靶产生的6~7MeV准单能脉冲γ射线信号以及相比轫致辐射的延迟时间；介绍了模拟材料的软X射线的热 力学效应等方面的高功率离子束的应用，给出一些实验和理论计算结果。     

电子束泵浦百焦耳级准分子激光实验研究

利用“闪光二号”相对论电子束加速器研制了百焦耳级ＸｅＣｌ和ＫｒＦ准分子激光器，激光器激活体积２４ｌ，输出口径２０×２０ｃｍ２，泵浦功率密度１．５～２．０ＭＷ／ｃｍ３。ＸｅＣｌ激光器最大能量１３６Ｊ，波长３０８ｎｍ，脉宽５０～１００ｎｓ，峰值功率１．５ＧＷ，采用虚共焦非稳腔技术，束散角达１．３ｍｒａｄ；ＫｒＦ激光最大能量１５７Ｊ，波长２４８ｎｍ，脉宽８０～１００ｎｓ，峰值功率２ＧＷ。