電漿驅動的磁通量壓縮發生器機理研究

《電漿驅動的磁通量壓縮發生器機理研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由陳林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電漿驅動的磁通量壓縮發生器機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳林
• 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所

項目摘要

耦合電漿斷路開關（PEOS）的電漿磁通量壓縮發生器不僅能對百納秒級上升時間的電流具有放大功能，同時還具有脈衝壓縮功能。本項目將針對這種類型的磁通量壓縮發生器系統地開展不同初始電漿密度、PEOS區幾何參數、磁壓縮腔體的構型參數以及中心電極形狀等情形下的工作機理和性能實驗研究。利用已有的二維磁流體動力學和二維PIC粒子模擬軟體分別對PEOS區前後的電漿殼層運動過程以及PEOS區的粒子流過程進行數值模擬，並結合物理實驗結果，校驗和改進數值計算模型，用於指導裝置的最佳化設計。通過實驗和理論研究，探索不同實驗參數對該型磁通量壓縮發生器工作性能的影響規律，掌握其設計技術和實驗技術。開展本項目研究具有新穎的學術價值。對Z箍縮聚變能源、高功率微波、寬頻輻射、醫藥和環保等所需的脈衝功率源的發展和廣泛套用具有重要意義。

結題摘要

耦合換流區（PEOS）的電漿磁通量壓縮發生器（MFCG）能對百納秒級上升時間的電流具有放大功能，而且不需要單獨注入種子電流，因此本項目研究具有新穎的學術價值。通過實驗和理論研究，可以探索不同實驗參數對該型磁通量壓縮發生器工作性能的影響規律，從而掌握其設計技術和實驗技術。本項目建立了耦合初級功率源放電電路的二維磁流體動力學模型以及PIC粒子模擬模型，分別對電漿磁通量壓縮發生器工作區電漿套筒以及換流區低密度電漿的工作過程進行了模擬研究，獲得了MFCG工作時電漿密度、溫度和磁場等物理量的時空演化圖像以及放電主迴路和負載上電流隨時間的演化曲線。同時還開展了初始電漿密度以及換流區幾何參數等對MFCG工作性能的影響數值模擬研究。在此基礎上，基於1 MA-LTD原型模組初級功率源平台，開展了電漿磁通量壓縮發生器原理實驗和性能實驗研究。根據原理實驗獲得的電流波形，電漿套筒加速、電流轉換以及磁通量壓縮三個階段均可清晰分辨。性能實驗結果表明，不同參數對MFCG工作性能的影響規律與理論模擬結果基本一致。實驗還獲得了換流凹槽的最小寬度和深度等閾值參數。但由於換流階段的電流轉換效率偏低，導致總的負載電流也偏低。儘管如此，最終的負載電流相對於磁通量壓縮階段的初始電流（即換流階段結束時的電流）放大倍數也達到了2.5～3.4。報告最後還對換流階段電流轉換效率較低的原因進行了詳細分析並提出了下一步改進思路。