电子束辐照平板靶产生喷射冲量的实验研究

 喷射冲量是电子束辐照靶结构时引起其结构响应的加载条件。本文论述了近年来我们采用电涡流传感器和直接测量特定时间间隔的探头原理,在“闪光二号”装置上,进行电子束辐照平板靶产生喷射冲量的实验研究。使用的靶材为硬铝和玻璃钢,靶上能通量为70~100 J/cm²,实测冲量为150~210 Pa·s,实测冲量耦合系数基本稳定在2.06 Pa·s/(J/cm²)。     

采用靶摆式探头测量软X射线辐射材料产生的喷射冲量

 采用靶摆旋转运动式冲量探头，在“强光一号”加速器上，测量了脉冲软X射线辐射材料产生的喷射冲量。实验结果表明，在平均能量为0.21 keV、平均半高宽为36 ns和平均能注量为143 J/cm²的软X射线辐射下，测得一种复合材料的喷射冲量耦合系数为0.70 Pa·s/(J·cm^-2)。     

聚酯材料在脉冲电子束辐照下的动力学效应与材料参数

对聚酯材料在电子束辐照下的动力学效应进行了研究。采用Monte Carlo方法,计算了脉冲电子束在聚酯材料中的能量沉积;采用流体动力学方法,对聚酯材料在电子束辐照下的热击波和喷射冲量进行了数值模拟;采用将喷射冲量和热击波压力的数值结果与实验测量结果进行逼近的方法,得到了聚酯材料的升华能约为1.1 kJ/g,Grüneisen系数的常态值约为0.2。     

基于准静态波的吸气式高重频脉冲激光推进性能数值研究

 根据高重频脉冲激光产生光学脉冲放电形成准静态波的原理,对自编的流体力学计算程序进行了验证,结果表明该程序可用于吸气式高重频脉冲激光推进性能的数值研究。分别计算了基于移动点火点和喷射气流两种模式下准静态波流场的冲量耦合系数,均高达600 N/MW,比传统的低频脉冲激光推进冲量耦合系数250 N/MW高。比较了两种模式的优缺点,给出了不同模式的适用情况,结果表明,对于机理研究来说,喷气模式更易于实现。     

不同气体工质对激光推力器冲量耦合系数的影响

通过冲击摆实验,测量了激光推力器在不同气体工质(氩气,氦气)、不同工作压力条件下的冲量耦合系数,比较了不同气体对激光推力器冲量耦合系数的影响.实验结果表明:冲量耦合系数随着环境压力的下降而下降,并且下降趋势越来越快;在氩气中测量的冲量耦合系数比氦气的高;实验产生误差的主要因素是摆角的测量误差.     

强脉冲离子束辐照热-力学效应研究

 采用自行研制的ITSW软件通过数值模拟方法研究了不同能量离子束辐照材料时的能量沉积及所产生的烧蚀、喷射冲量及热激波等效应。     

脉冲软X光辐射三种材料的喷射冲量实验研究

在强光一号脉冲加速器上进行了国内首次的实验室软X光辐射三种材料的喷射冲量研究。结果表明，在能量为(0.2～0.33)keV、平均脉宽为39ns左右的X光辐射下，对灰漆、白漆和硬铝，在能注量分别为(92～152)J/cm2、(115～136)J/cm2和(163～192)J/cm2时，它们的冲量耦合系数分别为(0.61～0.80)Pa·s/(J·cm-2)、(0.58～0.97)Pa·s/(J·cm-2)和(0.61～0.84)Pa·s/(J·cm-2)。     

3keV氘离子在氚增殖材料Li2TiO3中的理化行为研究

在ITER固态实验包层设计中，固态氚增殖材料的性能是决定包层产氚能力的重要因素。钛酸锂（Li2TiO3）是非常重要的一种固态增殖材料，为了理解氢的同位素在Li2TiO3中的理化行为，本工作采用XPS和TDS实验设备开展了用3keV D2^＋离子源注入Li2TiO3材料的研究.通过实验，发现了4种氘的热解析峰，它们分别来源于表面吸附的氘离子，表面吸附的氘离子形成的D2O，材料体内E’-center俘获的氘离子和材料体内以O—D化学键态形式存在的氘离子。由于中子辐照损伤更容易在材料体内形成，E’-center俘获的氘离子和O—D键这两种化学态对我们理解氚的化学行为更加重要。Ti-2p电子态的X射线光电谱表明，随着氘离子通量增加，Ti^4＋转换成了Ti^3＋。从O-1s电子态谱看出，随着氘离子通量增加，有一个峰消失了。关于这个现象，还需做更进一步的实验研究。     

“烧蚀模式”激光推进的实验研究

 采用单脉冲激光进行了大气环境下激光烧蚀小钢珠实验,得到其推进效应参数,发现并分析了钢珠在不同放置位置（焦前与焦后）时不同的物理现象;为了得到一系列定量实验数据,采用自行研制的激光冲量靶仪进行了单脉冲激光烧蚀推进效应实验测试,得到了不同环境条件、不同靶材料的激光推进效应参数,并与国外的实验数据以及数值计算结果进行了比较。实验表明,靶材料和激光功率密度是影响冲量耦合系数的主要因素,冲量耦合系数随环境气压的降低而升高。     

Al-Cu和Cu-Al阻抗匹配交叉实验初步分析

在传统的利用化爆和二级轻气炮作为驱动源的状态方程阻抗匹配实验中，为了考核不同标准材料的可信度，采用了标准材料交叉检验技术。即依次利用这些标准材料作为测量某个待测材料测量雨贡纽线的标准材料，通过比较待测材料雨贡纽线数据的一致性实现对这些标准材料的检验。2004年在神光-Ⅱ装置上完成的二倍频激光Al-Cu和Cu-A1阻抗匹配实验，是一种交叉实验。这两类实验不仅铝、铜二者互为标准材料和待测材料，而且实验包含了正反阻抗匹配两种类型：铝-铜正阻抗匹配实验中冲击波由低阻抗铝进入高阻抗待测材料铜，铜-铝反阻抗匹配实验中冲击波由高阻抗铜进入低阻抗待测材料铝中。     

脉冲软X光辐射三种材料的喷射冲量实验研究

 在强光一号脉冲加速器上进行了国内首次的实验室软X光辐射三种材料的喷射冲量研究。结果表明，在能量为(0.2～0.33)keV、平均脉宽为39ns左右的X光辐射下，对灰漆、白漆和硬铝，在能注量分别为(92～152)J/cm²、(115～136)J/cm²和(163～192)J/cm²时，它们的冲量耦合系数分别为(0.61～0.80)Pa·s/(J·cm^-2)、(0.58～0.97)Pa·s/(J·cm^-2)和(0.61～0.84)Pa·s/(J·cm^-2)。     

Energy trapping and shock disintegration in a composite granular medium

We report the first experimental observation of impulse confinement and the disintegration of shock and solitary waves in one-dimensional strongly nonlinear composite granular materials. The chains consist of alternating ensembles of beads with high and low elastic moduli (more than 2 orders of magnitude difference) of different masses. The trapped energy is contained within the "softer" sections of the composite chain and is slowly released in the form of weak, separated pulses over an extended period of time. This effect is enhanced by using a specific group assembly and precompression.     

掺杂金属颗粒的高分子工质激光推进实验研究

 利用大功率脉冲TEA-CO₂激光器作为光源,对不同元素、浓度以及颗粒直径金属掺入PVC的靶材进行了测试。结果发现,不同元素种类以及不同颗粒直径的金属掺杂后的PVC靶材的冲量耦合系数变化不大,但在不同功率密度处,比冲均有显著提高,其中纳米Fe粉性能最为优异。在功率密度为5×10⁶ W/cm²处,50%纳米Fe粉质量分数的靶材的比冲出现最大值。在大气环境下,对于掺有20%纳米Zn粉质量分数的PVC靶材,其冲量耦合系数随激光功率密度的提高而先升后降,比冲并不优异于比其熔点更高的Fe粉和Ni粉掺杂。     

水中金属丝爆引燃铝粉悬浮液冲击波增强效应

开展了水中铜丝电爆炸引燃铝粉悬浮液的实验研究,将铝粉悬浮液置于有机玻璃管中,同轴心方向穿过200 μm的金属铜丝,经脉冲功率驱动后快速相变发生电爆炸为铝粉爆燃提供反应条件。通过比对不同质量球状铝粉（μm粒径）的悬浮液在相同脉冲电容器储能条件下的放电和冲击波参数,获得了电爆炸驱动铝粉放电特性和冲击波增强效应的规律。实验发现,电爆炸起爆铝粉的冲击波有两个明显的波峰,分别对应于金属丝电爆炸（一次冲击波）和由产物气体胀裂管壁产生的二次冲击波,且铝粉爆燃对二次冲击波的增强效应非常显著,在300 mg铝粉的悬浮液环境中,二次冲击波峰值达到2.77 MPa,是无铝粉添加环境中二次冲击波的2.25倍,冲击波冲量增强了约50%。对不同储能条件下200 mg铝粉的悬浮液环境中金属丝爆的冲击波进行了对比研究,发现随着驱动源储能的增加,电爆炸引发的主冲击波和二次冲击波压力均逐渐增大,600 J时分别达到了3.17和1.91 MPa,冲击波冲量也随储能增加而增加,在600 J储能条件时的冲量为41.12 Pa·s,储能条件约300 J时20.24 Pa·s冲量的2倍。     

Impeding hohlraum plasma stagnation in inertial-confinement fusion

This Letter reports the first time-gated proton radiography of the spatial structure and temporal evolution of how the fill gas compresses the wall blowoff, inhibits plasma jet formation, and impedes plasma stagnation in the hohlraum interior. The potential roles of spontaneously generated electric and magnetic fields in the hohlraum dynamics and capsule implosion are discussed. It is shown that interpenetration of the two materials could result from the classical Rayleigh-Taylor instability occurring as the lighter, decelerating ionized fill gas pushes against the heavier, expanding gold wall blowoff. This experiment showed new observations of the effects of the fill gas on x-ray driven implosions, and an improved understanding of these results could impact the ongoing ignition experiments at the National Ignition Facility.     

“闪光二号”电子束辐照平板靶产生热击波的实验研究

 热击波是电子束辐照靶材料时在其内产生材料响应的一个重要力学现象。论述了近两年来我们在“闪光二号”装置上进行电子束辐照平板靶产生热击波的实验研究。使用的靶厚为2.8~6.5 nm,靶材为LY-12铝,靶上能通量为87~152 J/cm²。实验结果表明,实测热击波应力峰值为0.35~2.0 GPa,热击波平均作用时间约为0.29 μs,均半高宽约为0.14 μs,平均上升时间约为0.10 μs。     

Near blowout dynamics of a premixed,swirl stabilized flame

This paper analyzes the flame dynamics of near LBO (lean blowoff) swirl stabilized flames, using simultaneous OH and CH₂O (formaldehyde) PLIF (planar laser induced fluorescence) measurements. Prior studies have shown that recirculation stabilized flames approach blowoff through two distinct stages – “stage 1” characterized by local extinction, where the overall flame and flow field remain largely unchanged, and “stage 2”, characterized by a fundamental change in the flow field, accompanied by violent flame flapping and wake disruption. This paper quantifies extinction spots along the flame edge, and entrained reactants within the combustion product region to analyze these stages in greater detail. Extinction spots were quantified by the overlapping regions of OH and CH₂O – numerous such spots were found near blowoff. The entraining of unburnt reactants into the recirculation zone was quantified by detecting low intensity OH pockets that were not surrounded by CH₂O. As expected, the flame near blowoff displayed significantly more entrained reactant pockets relative to a stable flame. Unexpectedly however, the volume of these pockets is tiny compared to the products, even on the edge of blowoff. Once they enter the wake, they are short-lived, suggesting that they are diluted and/or quickly react. This was surprising given the non-trivial baseflow and flame position disruption at these conditions, suggesting a striking similarity between the average composition of the wake, to that of a stable flame.