Z箍缩丝阵负载微型装配系统

在利用金属丝阵Z箍缩产生强X射线辐射的方法中,为获得超强X射线,一般采用直径几μm的钨丝构成单、双或多层圆柱面状丝阵负载,其中丝阵负载的结构和装配精度是关键因素。为制备出均匀、平直的丝阵负载,进行了Z箍缩丝阵负载微型装配系统的研制,建立了基于机器视觉、微力传感器和精密运动控制系统的Z箍缩丝阵负载微型装配实验系统。该系统成功实现了双层直径5 μm钨丝丝阵的装配,且张力控制精度达0.002 N。     

Z箍缩丝阵参数的视觉检测技术

采用视觉检测技术及图像处理技术相结合的方法,实现了直径约为5 μm钨丝丝阵负载单丝的垂直度,相邻两根微丝的间距,丝阵上是否有异物,丝是否断裂等装配参数的自动、连续、无损检测。研究了视觉检测系统图像采集和配置方法,构建了Z箍缩丝阵负载装配参数视觉检测系统。实验结果表明,视觉检测系统的检测精度达2 μm,可以精确地检测出丝上异物和丝是否断裂,满足Z箍缩丝阵负载装配参数的检测要求。     

Z箍缩丝阵参数的视觉检测技术

采用视觉检测技术及图像处理技术相结合的方法,实现了直径约为5μm钨丝丝阵负载单丝的垂直度,相邻两根微丝的间距,丝阵上是否有异物,丝是否断裂等装配参数的自动、连续、无损检测。研究了视觉检测系统图像采集和配置方法,构建了Z箍缩丝阵负载装配参数视觉检测系统。实验结果表明,视觉检测系统的检测精度达2μm,可以精确地检测出丝上异物和丝是否断裂,满足Z箍缩丝阵负载装配参数的检测要求。     

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     

Z箍缩内爆等离子体双层丝阵负载设计的物理分析

实验证实双层金属丝阵负载Z箍缩内爆等离子体产生的X光辐射源,与单层丝阵负载相比可以提高40%的功率。为了优化Z装置上双层丝阵负载实验方案的设计,从内爆动力学过程和Rayle igh-Taylor(RT)不稳定性发展过程进行了理论分析。分析表明:双层丝阵负载实验不会提高X光辐射的总能量,但可以明显地提高辐射功率;双层丝阵的外半径应与单层丝阵负载优化方案的半径相一致;双层丝阵内、外层质量的选取应以优化的单层丝阵内爆到心时间为标准;内层丝阵置于外层丝阵半径的正中位置上,更有利于抑制RT不稳定性。     

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Z箍缩可见光图像诊断系统

 主要介绍了为“强光一号”加速器丝阵负载Z箍缩实验设计的可见光图像诊断系统,系统时间分辨约为5 ns,空间分辨约为6.5 lp/mm,光谱响应范围365~750 nm。系统能够满足从早期单丝电离到等离子体柱飞散整个Z箍缩过程的诊断要求, 给出了系统在Z箍缩实验中获得的丝阵负载内爆图像序列,并对其反映的内爆现象进行了初步的唯象分析。     

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.     

丝阵负载Z箍缩可见光图像诊断系统

主要介绍了为“强光一号”加速器丝阵负载Z箍缩实验设计的可见光图像诊断系统,系统时间分辨约为5 ns,空间分辨约为6.5 lp/mm,光谱响应范围365~750 nm。系统能够满足从早期单丝电离到等离子体柱飞散整个Z箍缩过程的诊断要求, 给出了系统在Z箍缩实验中获得的丝阵负载内爆图像序列,并对其反映的内爆现象进行了初步的唯象分析。     

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     

End-on x-ray backlighting experiments for axial diagnostics of wire-array Z-pinch plasma on PPG-1

An X-pinch axial backlighting system has been designed to quantitatively measure the density distribution of wirearray Z-pinch plasmas. End-on backlighting experiments were carried out on a 200 kA, 100 ns pulsed-power generator(PPG-1) at the Tsinghua University. Compared with side-on backlighting, end-on measurements provide an axial view of the evolution of Z-pinch plasmas. Early stages of 2-, 4-, and 8-wire Z-pinch plasmas were observed via point-projection backlighting radiography with a relatively high success rate. The density distribution of Z-pinch plasma on the r–θ plane was obtained directly from the images with the help of step wedges, and the inward radial velocity was calculated. The ablation rates obtained by X-pinch backlighting experiments are compared in detail with those calculated by the rocket model and the results show consistency.     

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。     

丝阵Z箍缩早期消融等离子体动力学的二维数值模拟研究

采用理想磁流体力学模型,给出合理的二维(r, θ)质量注入边界条件,对丝阵Z箍缩早期消融等离子体的动力学过程进行了二维(r, θ)数值模拟研究,得到消融等离子体各参量以及磁场的二维时空分布.模拟结果表明,消融等离子体的运动包括四个主要阶段:首先向轴漂移,然后在轴线处滞止并形成先驱等离子体柱,随后先驱等离子体柱被压缩,最后缓慢膨胀.计算了不同丝阵半径和丝间距情况下消融等离子体到轴速度以及消融质量占丝阵总质量的份额,它们的变化规律与实验结果基本符合.通过 关键词： 丝阵Z箍缩 理想磁流体 消融等离子体     

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箍缩丝阵负载区域的似稳态磁场分布

 将负载区域的电流（丝阵电流、阴极板电流、阳极板电流和回流柱电流）离散成电流线或电流面等电流微元,根据毕奥-萨伐尔定律,计算所有电流微元在指定场点的磁场,再通过叠加给出该点的总磁场。研究结果发现:在丝阵外围区域,仅由丝阵电流所产生的磁场偏离无限长直导线磁场公式的值,但全部电流所产生的总磁场与公式给出的值很接近。同时,研究了不同负载结构参数下的磁场分布,结果表明：增加丝根数有助于减小单根丝表面的局部磁场,改善丝阵外围磁场分布的均匀性。     

双层钨丝阵的Z箍缩动力学过程研究

基于Z箍缩零维模型、丝阵碰撞假设和箍缩动能最大化的优化原则，对美国Sandia实验室Z装置的典型双层钨丝阵负载进行了优化分析，结果表明它基本上是优化的.在丝阵碰撞假设下，利用一维三温辐射磁流体力学程序对其箍缩过程进行了数值模拟，模拟结果再现了Z箍缩过程的一维时空演化过程，得到了内外层丝阵的运动轨迹和驱动电流在它们之间的转移规律，并将计算得到的宏观结果与实验结果进行了比较.表明丝阵相互作用的碰撞假设有合理性. 关键词： Z箍缩 双层钨丝阵 零维模型 一维辐射磁流体