平面型絲陣負載Z箍縮實驗研究

《平面型絲陣負載Z箍縮實驗研究》是依託西北核技術研究院，由王亮平擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：平面型絲陣負載Z箍縮實驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王亮平
• 依託單位：西北核技術研究院

項目摘要

平面型絲陣負載是近年來研究的較多的一種異型絲陣負載，作為驅動ICF靶丸的一種備選負載構型，研究它有助於理解圓柱型絲陣負載初始放電階段的物理過程以及能量轉換機制，同時它也是一種產生K層X射線輻射的有效負載，近期研究結果表明，平面型絲陣負載Z箍縮產生的keV級X射線能量達到其聚爆動能的3～4倍，本項目將探索利用平面型絲陣負載作為一種小電流驅動情況下的K層X射線輻射源的可行性，通過實驗研究平面型絲陣負載Z箍縮的物理過程，比較平面型絲陣負載與圓柱型絲陣負載Z箍縮的異同，在完善負載電壓及電流測量的基礎上，結合光學診斷手段，分析不同構型負載Z箍縮過程中的電感及電阻等參數的變化規律，以及饋入電能量、內爆動能與輻射能量三者的關係，通過實驗研究得出適用於強光一號驅動源產生K層輻射的負載構型及負載參數，為將來建立大型X射線輻射模擬源奠定技術基礎。

結題摘要

該項目以平面型鋁絲陣Z箍縮為研究對象，利用“強光一號”脈衝功率裝置，在建立負載電壓及電流可靠診斷的基礎上，結合光學診斷和X射線輻射參數診斷手段，對平面型絲陣Z箍縮中幾個基本物理問題進行了研究，主要結論如下： 完成了絲陣負載電壓及電流參數的診斷。建立了利用電容分壓器獲取“強光一號”Z箍縮二極體陰陽極板間電壓的方法；採用實驗和電路模擬的方法解釋了“強光一號”負載電流存在的拖尾現象，指出造成負載電流拖尾的重要原因為絕緣堆滑閃繼而引發的泄漏電流。 平面型絲陣負載在Z箍縮過程中表現出的動力學特徵與傳統的圓柱型絲陣負載Z箍縮的內爆動力學特徵存在相似性。從負載電壓及電流波形入手，結合通過相機及數值模擬獲得的絲陣聚爆軌跡，表明利用熔蝕雪耙模型描述平面型絲陣內爆動力學過程的有效性。 開展排寬度6~24mm、絲根數10~34單排平面型鋁絲陣Z箍縮實驗研究。不同參數負載的滯止電流0.8~1.6MA，聚爆時間58~133ns。X射線輻射功率波形上升時間14~22ns，半高寬19~24ns。聚爆時間隨 值變化明顯，相同 值下不同參數的絲陣聚爆時間差在3ns以內。實驗獲得最大X射線輻射能量22kJ，峰值功率630GW。最大K層輻射能量3.9kJ，K層輻射功率158GW。最最佳化 值為200~400μgcm，在相同 下絲間距應選擇在1mm以下為宜。 建立了獲得絲陣負載電感電阻等動態電參數的方法，分析了Z箍縮過程中電感及電阻的變化規律。獲得的數據表明：在滯止時刻前3~4ns的時間內電阻項迅速增大，在滯止時刻後4~6ns內達到最大值1Ω左右，最大值的不確定度為0.2Ω。 根據電流及電感變化曲線獲得了絲陣負載的聚爆動能，表明動能完全能夠解X射線功率峰前輻射能，內爆過程中並不存在明顯的異常歐姆熱能。峰值後輻射能與絲陣負載電阻項相關。計算表明動能、磁能與歐姆熱能之和與饋入絲陣負載的電能量自洽。 初步開展了基於回流柱結構式X箍縮診斷絲陣負載早期金屬絲放電過程的診斷，觀測到平面型W絲陣Z箍縮過程中早期放電形成的芯結構的演化，雖然該技術目前未能進行定量診斷，但達到了項目最初探索該診斷手段的預期目標。利用能譜儀對Z箍縮電漿電子溫度進行測量，表明滯止時刻電子溫度約500eV。