“阳”加速器Z-Pinch实验中负载方案的分析

对“阳”加速器（1.2MV,1.5MA,120ns）上开展Z箍缩（Z-Pinch）内爆等离子体实验产生强X光源的负载设计进行了基本的物理分析,在此基础上给出负载的结构尺寸、气体种类、密度和相关的参数。这些结果对物理问题的分析是有帮助的.     

“阳”加速器Z-Pinch实验中负载方案的分析

 对“阳”加速器（1.2MV,1.5MA,120ns）上开展Z箍缩（Z-Pinch）内爆等离子体实验产生强X光源的负载设计进行了基本的物理分析,在此基础上给出负载的结构尺寸、气体种类、密度和相关的参数。这些结果对物理问题的分析是有帮助的.     

高速分幅相机与阳加速器的精密电流同步技术

 针对在阳加速器上进行Z箍缩实验时存在的同步精度低的问题,研究了一套同步触发信号取自加速器输出电流的技术。利用加速器工作电流波形与物理实验现象间的固有延迟时间关系来判断同步的时刻,时间关联的精度可到达ns量级。为了防止加速器对测量系统的影响,根据延迟时间长短的不同情况还研究了光电隔离方式和光纤传输方式,解决了在阳加速器平台上的电磁干扰问题,实现了在阳加速器上进行可靠物理实验的精密测量工作;本触发方式配合高速分幅相机的应用,稳定而可靠地以10 ns间隔、3 ns曝光时间拍摄到了Z箍缩的发展过程。     

高速分幅相机与阳加速器的精密电流同步技术

针对在阳加速器上进行Z箍缩实验时存在的同步精度低的问题,研究了一套同步触发信号取自加速器输出电流的技术。利用加速器工作电流波形与物理实验现象间的固有延迟时间关系来判断同步的时刻,时间关联的精度可到达ns量级。为了防止加速器对测量系统的影响,根据延迟时间长短的不同情况还研究了光电隔离方式和光纤传输方式,解决了在阳加速器平台上的电磁干扰问题,实现了在阳加速器上进行可靠物理实验的精密测量工作;本触发方式配合高速分幅相机的应用,稳定而可靠地以10 ns间隔、3 ns曝光时间拍摄到了Z箍缩的发展过程。     

PTS装置Z箍缩负载设计分析

介绍了PTS装置丝阵负载设计思路,用简化的薄壳模型(零维)和辐射磁流体力学模型(一维)数值模拟了丝阵Z箍缩内爆过程,给出了PTS丝阵负载设计参数,分析了初步优化结果,确定了优化选择的箍缩常数.经脉冲功率驱动器与负载优化匹配设计,PTS实验平台能够获得100TW量级的X射线功率,最佳插头能量转换效率10%.预计PTS实验平台的X射线输出能力基本达到Saturn装置长脉冲模式放电的水平.结果将为PTS开展Z箍缩研究提供有价值的参考. 关键词： PTS装置 Z箍缩丝阵负载 零维薄壳模型 一维辐射磁流体力学数值模拟     

Z箍缩等离子体K壳层X射线自辐射单色成像

采用针孔配接对数螺线柱面晶体方案,研制了一种小型、靶室内置X射线单色成像器,用于获取Z箍缩等离子体K壳层自辐射单色图像。在阳加速器上对该成像器进行了测试,成功地获取了铝丝阵负载Z箍缩等离子体K壳层自辐射的类氢线与类氦线单色图像。实验结果表明：该成像器具有优异的单色性（能谱带宽小于1 eV）,适合于中低原子序数Z箍缩内爆负载的特征谱线单色图像诊断。     

Z箍缩等离子体K壳层X射线自辐射单色成像

采用针孔配接对数螺线柱面晶体方案,研制了一种小型、靶室内置X射线单色成像器,用于获取Z箍缩等离子体K壳层自辐射单色图像。在阳加速器上对该成像器进行了测试,成功地获取了铝丝阵负载Z箍缩等离子体K壳层自辐射的类氢线与类氦线单色图像。实验结果表明:该成像器具有优异的单色性（能谱带宽小于1 eV）,适合于中低原子序数Z箍缩内爆负载的特征谱线单色图像诊断。     

Z箍缩内爆等离子体研究新进展

目的,快过程Z箍缩内爆等离子体可以把储存的脉冲功率加速器内155的电能转化为大能量、高功率的X射线源,美国Sandia实验室的Z装置已经产生了总能量为1.8MJ、功率为290TW和黑腔湿度超过200eV的X射线源,这些进展正在用于惯性约束聚变（ICF）实验研究,并对它的后续装置X－1正在进行概念性设计,文章概要地叙述了Sandia实验室近五年来在Z装置上进行Z箍缩实验所取得的进展。     

S-300装置铝丝阵内爆X光辐射特性

零维模型负载优化设计制作的单层和双层铝丝阵负载,在俄罗斯S-300强流发生器上,利用“狭缝+闪烁体+光电探测器”X光功率测量系统对X光辐射特性参数进行了诊断。实验获得单层丝阵负载的辐射功率为(0.31±0.19) TW,辐射总能量为(16.93±7.45) kJ,脉宽为(18.41±5.00) ns;双层丝阵负载的辐射功率为(0.37±0.12) TW,辐射总能量为(16.40±3.99) kJ,脉宽为(13.45±3.50) ns。实验结果表明,双层丝阵负载辐射功率高于单层19.4%,信号脉宽窄4.96 ns。     

强光一号Z箍缩产生keV级特征X射线初步研究

 分析了高功率Z箍缩产生keV级特征X射线辐射的物理机理和用于计算等离子体K层辐射二能级模型,给出了采用二能级模型进行数值模拟的结果,描述了强光一号装置驱动Z箍缩负载的脉冲功率源特性参数,介绍了所设计研制的双层喷Ne气和双层铝丝阵两类Z箍缩负载的结构与参数,并对下一步拟开展的实验研究工作进行了说明。利用特制真空X射线二极管测量了强光一号双层喷氖气Z箍缩实验产生的X射线波形,实验结果表明,当气室内初始气压在0.8 MPa时,喷Ne气Z箍缩可获得较好的keV量级的X射线辐射。     

S-300装置铝丝阵内爆X光辐射特性

 零维模型负载优化设计制作的单层和双层铝丝阵负载,在俄罗斯S-300强流发生器上,利用“狭缝+闪烁体+光电探测器”X光功率测量系统对X光辐射特性参数进行了诊断。实验获得单层丝阵负载的辐射功率为(0.31±0.19) TW,辐射总能量为(16.93±7.45) kJ,脉宽为(18.41±5.00) ns;双层丝阵负载的辐射功率为(0.37±0.12) TW,辐射总能量为(16.40±3.99) kJ,脉宽为(13.45±3.50) ns。实验结果表明,双层丝阵负载辐射功率高于单层19.4%,信号脉宽窄4.96 ns。     

强光一号Z箍缩产生keV级特征X射线初步研究

分析了高功率Z箍缩产生keV级特征X射线辐射的物理机理和用于计算等离子体K层辐射二能级模型,给出了采用二能级模型进行数值模拟的结果,描述了强光一号装置驱动Z箍缩负载的脉冲功率源特性参数,介绍了所设计研制的双层喷Ne气和双层铝丝阵两类Z箍缩负载的结构与参数,并对下一步拟开展的实验研究工作进行了说明。利用特制真空X射线二极管测量了强光一号双层喷氖气Z箍缩实验产生的X射线波形,实验结果表明,当气室内初始气压在0.8 MPa时,喷Ne气Z箍缩可获得较好的keV量级的X射线辐射。     

Enhancement of the radiation yield, in plasma flow switchexperiments

The Shiva Star fast capacitor bank, an inductive store, and a plasma flow switch were used to deliver multimegaampere currents with submicrosecond rise times to cylindrical foil loads. A series of numerical simulations of the plasma flow switch/imploding load system were performed with the goal of discovering a way to boost the total power radiated by the imploding plasma as it stagnates on the axis of symmetry. The changes to the experimental design that were investigated include variations of the shape of the electrodes, size and mass of the load foil, structure of the axial view vanes, shape and mass of the switching plasma, material from which the load is constructed, the degree to which the load is bowed, and the energy of the capacitor bank. Radiation yields in the range 6-9 TW are predicted for future experiments on Shiva Star     

“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。     

Plasma Opening Switch Development for the Particle Beam Fusion Accelerator II (PBFA II)

We have conducted plasma opening switch (POS) experiments on Sandia National Laboratories' new Particle Beam Fusion Accelerator II (PBFA II) (12 MV, 100 TW, 50 ns), on the Supermite accelerator (2 MV, 2 TW, 50 ns) and on the Naval Research Laboratory's Gamble II accelerator (1.8 MV, 1.6 TW, 70 ns). The POS systems on the PBFA II and Supermite accelerators use a newly developed flashboard plasma source to provide the plasma necessary to conduct the large (> 1 MA) currents produced by these accelerators. In the Supermite experiments, the plasma opening switch conducted currents of up to 1 MA before opening in less than 10 ns into an electron beam load. These experiments achieved significant voltage gain relative to the voltage across a matched load. In experiments on Gamble II, power gains of up to 1.7 were achieved using a POS in a strongly coaxial geometry (router/rinner = 2) with a large magnetic field at the cathode. The POS system on PBFA II is unique because of its size and voltage. This POS system is designed to conduct over 6 MA before opening. In present experiments it has conducted currents of 4-5 MA for over 50 ns.     

微型磁探针在Z箍缩负载电流诊断中的应用

介绍了磁探针测量等离子体电流的设计原理,针对Z箍缩实验负载的实际结构特点和现场布局,制作出应用于诊断脉冲功率装置Z箍缩实验负载通过电流的微型磁探针,并通过建立相同结构尺寸的模拟负载装置的方法,实现了对其灵敏度的标定。实验结果显示:在脉冲功率装置峰值电流1.2 MA、电流上升时间60 ns时,由微型磁探针测得的负载电流与加速器监测电流存在12%的幅度差异,电流峰值时刻存在5 ns的差异,说明微型磁探针技术测量Z箍缩负载电流的结果是可靠的。     

Mitigation of the plasma-implosion inhomogeneity in starlike wire-array Z pinches

Implosions in starlike triple and quadruple wire arrays were investigated in a 1 MA Zebra generator. Implosion in these loads is directed along the rays of the star and cascades from wire to wire to the center. Shadowgraphy shows improved homogeneity of imploding plasma and mitigation of instabilities. Despite the low azimuthal symmetry, starlike wire arrays produce a stable x-ray pulse with the highest peak power of >0.4 TW and the shortest duration of 8-12 ns among different types of tested loads. This can be linked to stabilization of instabilities due to the multiple nesting.     

微型磁探针在Z箍缩负载电流诊断中的应用

介绍了磁探针测量等离子体电流的设计原理,针对Z箍缩实验负载的实际结构特点和现场布局,制作出应用于诊断脉冲功率装置Z箍缩实验负载通过电流的微型磁探针,并通过建立相同结构尺寸的模拟负载装置的方法,实现了对其灵敏度的标定。实验结果显示:在脉冲功率装置峰值电流1.2MA、电流上升时间60ns时,由微型磁探针测得的负载电流与加速器监测电流存在12%的幅度差异,电流峰值时刻存在5ns的差异,说明微型磁探针技术测量Z箍缩负载电流的结果是可靠的。     

5 MA 100 ns重频LTD驱动器设计

设计了用于Z箍缩丝阵实验的重频LTD驱动器, 含6路并联模组, 每组由8个0.8 MA原型模块串联组成, 全真空结构。原型模块采用全新的单路触发和电感隔离技术, 触发难度和重频运行可靠性得到显著优化。利用电路模拟程序对驱动器进行了仿真计算, 结果表明：在初始半径1.2 cm、线质量1 mg/cm的Z箍缩负载上, 驱动器的输出电流峰值可到5.2 MA, 前沿91 ns;负载内爆最大动能78 kJ, 从电容储能至负载动能的转化效率为11.7%。该驱动器预期将获得高达20%~30%的辐射能量效率, 可为Z箍缩物理研究提供高效的实验平台。     

5 MA 100 ns重频LTD驱动器设计

设计了用于Z箍缩丝阵实验的重频LTD驱动器, 含6路并联模组, 每组由8个0.8 MA原型模块串联组成, 全真空结构。原型模块采用全新的单路触发和电感隔离技术, 触发难度和重频运行可靠性得到显著优化。利用电路模拟程序对驱动器进行了仿真计算, 结果表明:在初始半径1.2 cm、线质量1 mg/cm的Z箍缩负载上, 驱动器的输出电流峰值可到5.2 MA, 前沿91 ns;负载内爆最大动能78 kJ, 从电容储能至负载动能的转化效率为11.7%。该驱动器预期将获得高达20%~30%的辐射能量效率, 可为Z箍缩物理研究提供高效的实验平台。