软X射线连续谱Z箍缩铝等离子体电子温度诊断

针对强光一号加速器（约1.5 MA,80～100 ns）Z箍缩铝丝阵实验设计和研制了一套弯晶谱仪,采用邻苯二甲酸氢铊（TlAP）晶体对辐射能谱进行色散,用X射线胶片记录连续辐射谱型,谱仪测谱范围为1.8～3.0 keV。以第10084发次平面型铝丝阵负载实验为例,获得了具有轴向分辨的时间积分辐射谱型,对其中某一热斑处的数据进行处理得到了该区域等离子体时间积分电子温度约为520(135%)eV。     

Z箍缩等离子体高分辨X辐射谱诊断

为了获取丝阵Z箍缩等离子体高能谱分辨的X辐射图像,建立了云母球面弯晶X光摄谱仪,根据色散平面内球面弯晶诊断空间分布X光源的几何模型分析了摄谱仪的能谱分辨,计算结果与光线追迹方法得到的结果吻合。当探测器位于罗兰圆上时,系统具备最优能谱分辨。在“强光一号”装置上,利用该摄谱仪诊断了镀镁铝丝阵负载Z箍缩等离子体的X辐射图像,结果表明,该球面弯晶摄谱仪的能谱分辨率高于1 000。     

Z箍缩等离子体高分辨X辐射谱诊断

 为了获取丝阵Z箍缩等离子体高能谱分辨的X辐射图像,建立了云母球面弯晶X光摄谱仪,根据色散平面内球面弯晶诊断空间分布X光源的几何模型分析了摄谱仪的能谱分辨,计算结果与光线追迹方法得到的结果吻合。当探测器位于罗兰圆上时,系统具备最优能谱分辨。在“强光一号”装置上,利用该摄谱仪诊断了镀镁铝丝阵负载Z箍缩等离子体的X辐射图像,结果表明,该球面弯晶摄谱仪的能谱分辨率高于1 000。     

X射线连续谱法诊断铝丝阵Z箍缩等离子体温度

用球面石英弯晶衍射、CCD记录测量铝丝阵Z箍缩中的时间积分X射线连续能谱,并由连续谱斜率拟合出电子温度.该法获得的拟合数据点多,能有效筛除含线辐射的数据,减弱线辐射的影响,求得更可靠的等离子体核心高温区的温度.以发次09076为例,核心温度约为250 eV,在95%的置信度范围里,其变化范围约241—258 eV. 关键词： 球面弯晶 连续谱 电子温度 Z箍缩     

Z箍缩Al等离子体X特征辐射谱线数值模拟及考虑叠加效应后的修正

采用基于细致能级的非局域热动平衡模型,对"强光一号"装置10174发次Z箍缩铝等离子体特征辐射谱进行细致的分析和计算,提取电子密度约为3.5×1021cm-3.数值计算结果显示,采用单一等离子体状态参数不能很好地描述等离子体辐射特征谱线.在进一步的分析计算中,本文初步考虑高温区域和低温区域等离子体特征辐射谱线的叠加效应,将等离子体划分为高温高密度和低温低密度两部分,分析了两部分等离子体辐射对总辐射谱的贡献,并给出了修正后的等离子体辐射谱线.考虑叠加效应后,Heα伴线显著增强,计算结果改善明显.     

Z箍缩等离子体内爆X光辐射功率角分布

 在Z箍缩实验中,利用ST1432红光闪烁体、多模石英光纤探头和大电流光电倍增管探测器等研究了丝阵等离子体内爆过程中沿轴向与径向不同方位角的X光辐射功率分布。采用的负载为单层钨丝阵和单层铝丝阵,驱动电流1.5～1.8 MA,上升时间60～90 ns。实验结果表明:Z箍缩等离子体X光辐射强度有轴向和径向分布不均匀性;单层钨丝阵轴向X光辐射强度大于径向辐射强度;单层铝丝阵径向X光辐射强度大于轴向辐射强度。     

Z箍缩Al等离子体发射谱的非局域平衡模拟

采用FAC (flexible atomic code)程序, 在细致能级层次计算等离子体原子结构参数和等离子体中各种原子物理过程的基础上, 建立了等离子体中各种能级布居的速率方程, 其中考虑了等离子体中各种原子物理过程的影响. 通过求解基于细致能级的速率方程, 计算了Z箍缩产生的Al等离子体辐射的细致能谱结构, 对实验谱进行了辨认和归类, 并对实验测量谱的成分做了简单分析. 关键词： Z箍缩 细致能级 非局域热动平衡 速率方程     

喷气Z箍缩X光辐射信号分析

 在清华大学喷气Z箍缩平台上进行了对Ne气的箍缩软X射线诊断工作。该喷气装置由4个充电至23 kV的电容器并联组成,总储能4.5 kJ,放电电流峰值210 kA,上升沿2.5 ms。实验中通过观测放电电流微分信号来观测箍缩聚焦点的位置（波形的下凹尖峰点）,此尖峰也是X光辐射的时间分辨点。利用响应时间为亚ns量级的光敏半导体探测器(PIN)探头获得了Ne气箍缩时等离子体发出的软X射线信号,X光辐射出现在放电电流微分信号突变点附近。一般来说,多次箍缩会导致多次的X光辐射输出,实验中的X光脉冲实际为多个等离子热点辐射叠加的结果,单次箍缩所产生的X光辐射比多次箍缩所产生的X光辐射要强。对每次箍缩来说,单个X光脉冲信号比多个X光脉冲信号的幅值要大。     

Z箍缩X射线在金属表面产生电荷分离现象

以“阳”加速器（1 MA,80 ns）驱动的Z箍缩等离子体为X射线源研究X射线加载下金属表面出现的电荷分离现象,Z箍缩负载为16根直径5 μm的钨丝组成的丝阵,丝阵半径3 mm。强度107 W/cm2、半高宽30 ns的软X射线脉冲通过直径5 mm的限光孔辐照半径30 mm、厚3 mm的铜盘中心,在金属表面产生了脉宽相近,幅值kV的电势。测量了该电势沿金属表面的分布,观测到微弱的调制现象。电势的极性表明电子主要沿金属表面运动而不是垂直表面运动,这表明热电效应是造成电荷分离的主要机制。入射X射线强度较弱时,电子的个体行为——光电效应、康普顿效应占主导;当入射强度较大时,弱关联的集体行为——热效应占主导;进一步增大入射X射线强度将出现强关联的集体行为——电荷密度调制状态。     

X-ray backlighting of two-wire Z-pinch plasma using X-pinch

Two 50-μm Mo wires in parallel used as a Z-pinch load are electrically exploded with a pulsed current rising to 275 kA in 125 ns and their explosion processes are backlighted using an X-pinch as an x-ray source.The backlighting images show clearly the processes similar to those occurring in the initial stages of a cylindrical wire-array Z-pinch,including the electric explosion of single wires characterised by the dense wire cores surrounded by a low-density coronal plasma,the expansion of the exploding wire,the sausage instability (m=0) in the coronal plasma around each wire,the motion of the coronal plasma as well as the wire core toward the current centroid,the formation of the precursor plasma column with a twist structure something like that of higher mode instability,especially the kink instability (m=1).     

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针对实验室等离子体的辐射物理条件和等离子体箍缩三温的数值模型,提出一种定量计算Z箍缩等离子体辐射能谱的近似方法。在给出计算能谱结构的理论方法之后,再将这种近似计算方法编入到Kr喷气Z箍缩等离子体X射线辐射的二维三温辐射磁流体力学模型中,得出典型Kr喷气Z箍缩X射线辐射的能谱分布。对照"强光一号"加速器Kr喷气箍缩实验测量得到的辐射能谱分布,分析了理论与实测结果之间存在的偏差。     

用马赫贞德干涉仪测量喷气式Z箍缩等离子体密度

 为了研究喷气式Z箍缩（gas-puff Z-pinch）等离子体的内爆特性，研制了一套马赫-贞德干涉系统，并在小型喷气式Z箍缩装置(充电电压23kV,放电峰值电流210kA)上进行了试验，获得了清晰的干涉图像。根据干涉图上条纹的移动数目，计算得到该装置内爆早期等离子体的平均电子密度为10¹⁷~10¹⁸/cm³。     

丝阵Z箍缩X射线辐射机制数值分析

基于简化模型编写了结构简单、运行高效的Z箍缩计算程序,并已应用于阳加速器上开展的Z箍缩物理研究。在阳加速器和PTS的参数范围内进行了数值计算,结果表明:对于质量较轻的负载,激波加热是产生辐射的主要原因;对于质量较重的负载,辐射由激波加热和绝热压缩共同主导。激波加热功率与绝热压缩功率之比随丝阵质量增大而减小。烧蚀产生的先驱质量减弱激波加热,对峰值功率的提高不利,但这部分质量能抑制磁瑞利-泰勒不稳定性。因此综合激波加热和磁瑞利-泰勒不稳定性两方面的考虑,应该存在一个最优的烧蚀率。     

喷气式Z箍缩等离子体辐射软X射线能谱的研究

研制了一台五通道ROSS-FILTER-PIN软X射线能谱仪，能谱范围为0.28—1.56keV.它由5个连续能段组成，每个能段的起止边由罗斯滤片对(ROSS-FILTERS)的L或K吸收边确定.罗斯滤片对的厚度通过优化计算得到，为了使每个通道的灵敏区外响应(即所测能段外响应)与通道总响应之比最小，在滤片对的第二滤片上镀上了一定厚度的第一滤片材料；为了缩减滤片表面积以增强低能滤片的抗冲击能力及方便滤片加工，能谱仪采用了小探测面积的PIN探测器(1mm²).借助此能谱仪，测量得到了喷气式Z箍缩(Z-pinch)等离子体辐射软X射线能谱的分布，并研究了软X射线产额随箍缩状况的变化趋势. 关键词： Z箍缩等离子体 罗斯滤片 软X射线能谱     

利用时间分辨Ar的K壳层发射光谱诊断内爆靶丸芯区电子温度的时间演化过程

在神光Ⅱ装置上的内爆实验中,通过在充氘气(D2)的靶丸中掺入氩(Ar)元素,利用晶体谱仪配条纹相机测量得到了内爆停滞阶段Ar的K壳层发射光谱随时间的变化。在实验中,观测到Ar的Heα,Heβ以及Lyα线发射,持续时间大约200ps。用Heα线与Lyα线强度比值来推断靶丸芯区电子温度。利用碰撞辐射模型,从理论上计算出Heα线与Lyα线强度比值随电子温度、数密度的变化。通过将实验上观测到的Heα线与Lyα线强度比与理论计算值相比较,获得了芯区电子温度随时间的演化。并计算比较了不同电子密度条件下推断出来的电子温度的差异,证明诊断电子温度的方法对电子数密度的变化不敏感。利用逃逸因子修正了自吸收效应,从计算的结果可以看出在目前的实验中Heα线和Lyα线是光学薄的。     

Z箍缩X射线在金属表面产生电荷分离现象

以"阳"加速器(1 MA,80 ns)驱动的Z箍缩等离子体为X射线源研究X射线加载下金属表面出现的电荷分离现象,Z箍缩负载为16根直径5μm的钨丝组成的丝阵,丝阵半径3 mm。强度107W/cm2、半高宽30 ns的软X射线脉冲通过直径5 mm的限光孔辐照半径30 mm、厚3 mm的铜盘中心,在金属表面产生了脉宽相近,幅值kV的电势。测量了该电势沿金属表面的分布,观测到微弱的调制现象。电势的极性表明电子主要沿金属表面运动而不是垂直表面运动,这表明热电效应是造成电荷分离的主要机制。入射X射线强度较弱时,电子的个体行为——光电效应、康普顿效应占主导;当入射强度较大时,弱关联的集体行为——热效应占主导;进一步增大入射X射线强度将出现强关联的集体行为——电荷密度调制状态。