“荧光-1”实验装置研制与调试

荧光-1是一套分时放电的大电流脉冲功率实验装置,主要用于反场构形预加热磁化等离子体靶（FRC）形成的物理过程、高温高密度磁化等离子体约束特性等研究,未来可作为磁化靶聚变研究的等离子体注入器。主要介绍该实验装置的构成及其调试实验结果,并简要描述在该装置上开展的FRC等离子体靶初步物理实验进展。调试实验结果表明,荧光-1实验装置初始磁场、磁镜、气体电离、箍缩分系统的放电电流/磁场或感应电场可分别达到110 kA/0.3 T,10 kA/1.2 T,400 kA/0.25 kV/cm,1.7 MA/3.4 T。初步物理实验获得的FRC等离子体靶参数为：靶分界面半径约4 cm、等离子体密度3.51016 cm-3、等离子体温度约200 eV、靶寿命约3 s,同时清晰地观察到了FRC靶形成物理过程。分幅相机获取图像与二维磁流体程序计算图像基本吻合,验证了该装置的物理设计思路,也展示了该装置具备的物理实验能力。     

“荧光-1”实验装置研制与调试

荧光-1是一套分时放电的大电流脉冲功率实验装置,主要用于反场构形预加热磁化等离子体靶（FRC）形成的物理过程、高温高密度磁化等离子体约束特性等研究,未来可作为磁化靶聚变研究的等离子体注入器。主要介绍该实验装置的构成及其调试实验结果,并简要描述在该装置上开展的FRC等离子体靶初步物理实验进展。调试实验结果表明,荧光-1实验装置初始磁场、磁镜、气体电离、箍缩分系统的放电电流/磁场或感应电场可分别达到110 kA/0.3 T,10 kA/1.2 T,400 kA/0.25 kV/cm,1.7 MA/3.4 T。初步物理实验获得的FRC等离子体靶参数为:靶分界面半径约4 cm、等离子体密度3.51016 cm-3、等离子体温度约200 eV、靶寿命约3 s,同时清晰地观察到了FRC靶形成物理过程。分幅相机获取图像与二维磁流体程序计算图像基本吻合,验证了该装置的物理设计思路,也展示了该装置具备的物理实验能力。     

夹断开关对“荧光-1”实验装置电流特性的影响

主要探讨了夹断开关对“荧光-1”实验装置输出电流特性的影响,利用Pspice软件对其在装置中起到的作用进行功能建模并分析其参数影响,同时开展初步调试实验并分析多组夹断开关导通性能及其同步性对负载电流的影响。仿真与实验结果表明：夹断开关可有效改善负载电流脉宽,可使脉宽从原有3 μs展宽至100 μs,其导通电阻与电感参数均能明显影响电流幅值与脉宽。由实验波形结合仿真可知,夹断开关实际导通电阻约4 mΩ, 两支路耦合电感分别约为60,125 nH,调试结果验证了夹断开关功能建模的正确性及其对脉宽展宽的有效性。     

“荧光-1”装置上反场构形的优化设计

相较于传统的惯性约束聚变及磁约束聚变,磁化靶聚变技术可能是一种实现纯聚变更低廉更有效的途径。针对中国工程物理研究院流体物理研究所设计的荧光-1实验装置,利用二维磁流体力学模拟程序MPF-2D,从理论上详细分析了各实验输入参数（如初始磁场、初始密度、主磁场等）对该装置上反场构形性质的影响。为即将进行的实验推荐了三组实验输入参数：初始磁场0.3 T,初始密度71015 cm-3,磁镜场-2.0~-1.0 T,主磁场-4.0~-3.0 T。     

“荧光-1”装置上反场构形的优化设计

相较于传统的惯性约束聚变及磁约束聚变,磁化靶聚变技术可能是一种实现纯聚变更低廉更有效的途径。针对中国工程物理研究院流体物理研究所设计的"荧光-1"实验装置,利用二维磁流体力学模拟程序MPF-2D,从理论上详细分析了各实验输入参数(如初始磁场、初始密度、主磁场等)对该装置上反场构形性质的影响。为即将进行的实验推荐了三组实验输入参数:初始磁场0.3T,初始密度7×1015 cm-3,磁镜场-2.0~-1.0T,主磁场-4.0~-3.0T。     

反场构形磁化等离子体的一种解析平衡模型

反场构形（FRC）预加热磁化等离子体是磁化靶聚变（MTF）中等离子体靶的主要形成方法之一。为了从物理机理及物理本质上更好地理解反场构形磁化等离子体的平衡状态,依据FRC等离子体的经典刚性转子（RR）模型,通过对平衡状态的解析求解,获得了等离子体各主要参数在平衡状态下的分布函数,并与标准二维磁流体力学（MHD）的数值模拟结果进行对比分析,在此基础上讨论了RR模型参数对平衡状态分布函数的影响。结果表明,在FRC等离子体分界线内部,RR解析模型可以较好地描述等离子体状态分布。     

反场构形磁化等离子体的一种解析平衡模型

反场构形（FRC）预加热磁化等离子体是磁化靶聚变（MTF）中等离子体靶的主要形成方法之一。为了从物理机理及物理本质上更好地理解反场构形磁化等离子体的平衡状态,依据FRC等离子体的经典刚性转子（RR）模型,通过对平衡状态的解析求解,获得了等离子体各主要参数在平衡状态下的分布函数,并与标准二维磁流体力学（MHD）的数值模拟结果进行对比分析,在此基础上讨论了RR模型参数对平衡状态分布函数的影响。结果表明,在FRC等离子体分界线内部,RR解析模型可以较好地描述等离子体状态分布。     

反场构形的二维磁流体力学描述

磁化靶聚变技术作为实现纯聚变的一种途径,不需要惯性约束聚变的高初始密度(约1026cm-3),也不需要磁约束聚变的长约束时间(秒量级),可能是一种实现纯聚变更低廉更有效的途径.开发了一个二维磁流体力学模拟程序MPF-2D,用于描述反场构形的形成过程.采用该程序对美国洛斯阿拉莫斯国家实验室在反场构形形成装置上形成反场构形的实验进行了二维模拟和分析,理论值与实验值符合得较好;同时也对中国工程物理研究院流体物理研究所设计的"荧光-1"实验装置上形成的反场构形进行了模拟与评估,结果表明该装置上的反场构形基本达到设计指标.     

反场构形的传输过程

介于惯性约束聚变与磁约束聚变之间的磁化靶聚变技术, 可能是一种实现纯聚变更低廉更有效的途径. 磁化靶聚变一般分为三个过程: 形成过程、传输过程和内爆压缩过程. 利用二维磁流体力学模拟程序MPF-2D, 对反场构形的传输过程进行了理论研究. 结果显示, 反场构形在传输过程中必须外加适当的磁场, 使得其内外磁压平衡, 才能维持其拓扑结构并进行稳定的传输. 还对初始磁压、传输磁场以及线圈间隙对反场构形传输过程的影响进行了详细的分析.     

基于箍缩装置的高能量密度物理实验研究进展

基于脉冲功率技术的箍缩装置能够在cm空间尺度和百ns时间尺度产生极端的高温、高压、高密度以及强辐射环境。中物院流体物理研究所在已建成的10 MA级的大型箍缩装置上开展多种负载构型的高能量密度物理实验研究。利用Z箍缩动态黑腔创造出了惯性约束聚变研究所需的高温辐射场;研究了金属箔套筒和固体套筒的内爆动力学特性;利用中低Z材料内爆获得了可观的K壳层线辐射并用于X射线热-力学效应实验研究;磁驱动准等熵加载和冲击加载为材料动态特性研究提供了新的实验能力;采用环形二极管和反射三极管技术的轫致辐射源获得了高剂量（率）的X射线和γ射线;利用磁驱动的径向金属箔模拟了天体物理中恒星射流的形成及其辐射的产生。此外,还介绍了利用反场构型磁化靶聚变装置开展的预加热磁化等离子体靶形成等实验结果。     

低能质子束脉冲踢束器的物理设计

电子回旋共振(ECR)质子源产生的脉冲质子束脉宽通常在ms或亚ms量级,高梯度加速结构要求注入的质子束脉宽为100 ns或更短,需要一个脉冲踢束器将大部分不需要的束流踢开,留下所需的短脉冲质子束。设计的踢束器采用静电偏转方法,针对在研ECR质子源的束流参数,设计了脉冲踢束器的结构尺寸,使用ANSYS软件计算了踢束器的静电场分布情况,利用软件内置的CMATRIX宏提取了结构电容的数据,给出了对脉冲踢束电源的参数要求,讨论了踢束脉冲上升沿和产生的束流脉冲上升沿的对应关系。     

“神龙一号”直线感应加速器物理设计

介绍了 “神龙一号”直线感应加速器物理设计的主要考虑。“神龙一号”加速器是一台电子直线感应加速器,由3.6MeV感应迭加型注入器、72个感应加速腔、脉冲功率系统、束流输运和聚焦系统、控制系统和真空、绝缘油、绝缘气体以及去离子水系统组成。能产生20MeV、束流大于2.5kA,脉冲宽度为60ns的强流脉冲电子束,X光焦斑均方根直径为1.5mm。     

Propagation of terahertz waves in nonuniform plasma slab under "electromagnetic window"

The application of magnetic fields, electric fields, and the increase of the electromagnetic wave frequency are up-and-coming solutions for the blackout problem. Therefore, this study considers the influence of the external magnetic field on the electron flow and the effect of the external electric field on the electron density distribution, and uses the scattering matrix method (SMM) to perform theoretical calculations and analyze the transmission behavior of terahertz waves under different electron densities, magnetic field distributions, and collision frequencies. The results show that the external magnetic field can improve the transmission of terahertz waves at the low-frequency end. Magnetizing the plasma from the direction perpendicular to the incident path can optimize the right-hand polarized wave transmission. The external electric field can increase the transmittance to some extent, and the increase of the collision frequency can suppress the right-hand polarized wave cyclotron resonance caused by the external magnetic field. By adjusting these parameters, it is expected to alleviate the blackout phenomenon to a certain extent.     

Poloidal Magnetic Field Measurements in a Reversed Field Pinch Plasma by a Far‐Infrared Polarimeter

A multichannel farinfrared (FIR) polarimeter has been installed in RFX, a Reversed Field Pinch (RFP) plasma experiment, to measure the poloidal magnetic field profile. The polarimeter uses a CH₃OH FIR laser operating at =118.8 m. Faraday rotation measurements on five of six parallel diagnostic chords are used in preliminary investigations of poloidal field profiles. The experimental results are generally found in good agreement with the &p model predictions. The choice of the profile of = ₀ j·B/B² is discussed. For the reconstruction of the magnetic field profiles a numerical filamentary current equilibrium code is described, where polarimetric data are included as constraints. An alternative method based on the bestfit of a threeparameter profile to the polarimetric data is also reported. Both methods provide reliable reconstructions of the plasma magnetic field and the results indicate the existence in RFX of hollow profiles.