Z箍縮，是電流流過柱形導體（電漿、導電物質）產生角向磁場，該角向磁場作用於載流子從而形成徑向壓力。當電流達到百萬安培量級時，可產生巨大的磁壓力，用於約束電漿或使物質向內加速、碰撞，可獲得高溫、高密度的電漿狀態。
基本介紹
- 中文名：Z箍縮
- 外文名：Z-pinch
最早的大電流箍縮研究始於20世紀中葉，對受控熱核聚變的追求即始於氘的Z箍縮實驗，早期受控聚變研究曾致力於微秒時間尺度、強電流、氘電漿的Z箍縮，並在1952年至1960年間研究了直線和環面兩種系統。但是實驗中觀察到的快速發展的磁流體力學不穩定性破壞了磁約束，一定程度影響了聚變技術的發展。高電壓、快脈衝功率技術的發展，為Z箍縮驅動慣性約束聚變注入了新的活力，Z箍縮也衍生出各種類型，其中主要類型是20世紀70年代提出的電磁驅動套筒內爆，包括以氣流、金屬絲陣或箔筒為初始介質的電漿負載和金屬固體套筒。
依靠軸向電流產生的磁壓力，毫克量級的電漿套筒可以被加速至數百公里每秒的速度，最後在軸線處碰撞、滯止，其動能熱化為內能。熱化之後大部分能量通過軟X射線範圍（0.1~10 keV）的輻射離開電漿區域。在多數情況下，電漿套筒的Z箍縮是以產生這種X射線輻射為目的。通過大電流Z箍縮可以產生能量約百萬焦耳（~MJ）、功率約百萬億瓦特（~100TW）的X射線輻射，這是目前在實驗室環境下可以產生的最強電漿X射線源。此類裝置的典型代表是美國聖地亞實驗室的8MA的Saturn裝置和和26 MA的Z裝置，其中Z裝置Z箍縮電漿輻射軟X射線總能量高達2 MJ，峰值輻射功率達300 TW，已成功用於磁驅動慣性約束聚變、高能量密度物理等研究。中國目前用於Z箍縮研究的裝置包括1 MA量級的“陽”加速器、強光一號和10 MA量級的聚龍一號裝置，其中聚龍一號裝置輻射軟X射線總能量已達0.5 MJ，最高峰值輻射功率達80 TW。俄羅斯目前擁有3MA的S-300裝置和4MA的Angara-5-1裝置，輻射軟X射線總能量約0.1 MJ，最高峰值輻射功率達6 TW，正在開展50 MA的“貝加爾”裝置建設將用於Z箍縮驅動慣性約束聚變研究。
固體套筒Z箍縮可以將克量級的金屬環狀套筒加速至數公里每秒到數十公里每秒，而且在加速過程中表面或套筒的內部仍保持接近於固體的密度，當套筒在軸線附近滯止後，會造成極高的壓力，可達數百萬大氣壓，這為研究極端壓力狀態下材料的動力學行為提供了手段。這方面的典型代表是美國洛斯阿拉莫斯實驗室的Atlas裝置。
此外，稠密電漿焦點（dense plasma focus，DPF）也是Z箍縮發展出來的一種類型。這類裝置依靠電流鞘向軸線匯聚時驅動的衝擊波使氘氚氣體加速和加熱，在最後的壓縮階段以類似於柱形Z箍縮的方式，碰撞滯止形成劇烈發射中子束的電漿。電漿焦點裝置單脈衝可以產生高達10箇中子。
Z箍縮還被用於發展X射線雷射器，，如毛細管放電實驗，以及產生超強脈衝磁場。利用Z箍縮產生的徑向內爆電漿可捕獲和壓縮其內部的軸向磁場，這種方法有可能產生量級達百兆高斯的受控脈衝磁場，利用這些磁場可以對材料的特性以及量子電動力學的一些基本效應進行研究。
