高速分幅相机与阳加速器的精密电流同步技术

针对在阳加速器上进行Z箍缩实验时存在的同步精度低的问题,研究了一套同步触发信号取自加速器输出电流的技术。利用加速器工作电流波形与物理实验现象间的固有延迟时间关系来判断同步的时刻,时间关联的精度可到达ns量级。为了防止加速器对测量系统的影响,根据延迟时间长短的不同情况还研究了光电隔离方式和光纤传输方式,解决了在阳加速器平台上的电磁干扰问题,实现了在阳加速器上进行可靠物理实验的精密测量工作;本触发方式配合高速分幅相机的应用,稳定而可靠地以10 ns间隔、3ns曝光时间拍摄到了Z箍缩的发展过程。

阳加速器新磁绝缘传输线的设计与检验

介绍了阳加速器新磁绝缘传输线(MITL)的物理设计及实验检验。在缩短MITL整体长度及绝缘环宽度的同时,将原结构改成以共顶点同轴圆锥段为主体的新结构,使阴极表面、绝缘环及三相点满足电场设计要求,最小磁绝缘电流较原结构有所降低,将结构电感从原来的70.9nH减小到31.7nH。利用短路实验及丝阵内爆实验对新MITL进行了检验,结果表明新MITL的性能指标有所提高。

阳加速器钨丝阵内爆软X光功率辐射特性

介绍了在阳加速器上进行的系列W丝阵Z箍缩物理实验,实验中阳加速器Marx充电电压60kV,负载电流输出0.85～1.00MA,电流上升时间75～90ns(10%～90%);进行软X光辐射功率测量的主要仪器是软X光闪烁体功率计,其核心部件为对50～1800eV X光具有平响应特性的蓝光闪烁体。给出了系列W丝阵Z箍缩实验软X光辐射功率测量结果,从软X光辐射输出随丝阵负载参数(包括丝阵直径、长度、丝数)变化关系讨论了钨丝阵内爆辐射特性,给出了阳加速器上各负载参数优化的结果:丝阵直径8mm,丝阵长度15mm,丝数24。同时对软X光辐射的空间分布特性进行了初步的探讨,给出了辐射功率在负载的轴向和径向的分布。

阳加速器水传输线及磁绝缘传输线的电路模拟

根据阳加速器传输线的阻抗分区特性,建立电路模型,并对短路实验及丝阵内爆实验进行模拟。短路实验的模拟结果与实验测试结果非常接近;通过对丝阵具体条件的分析,合理地引入串联电阻,同样准确地模拟了丝阵内爆的传输线响应特性,并利用模型简单描述了丝阵内爆的一般特性。模拟结果表明,模拟方法正确有效、电路模型可用于变阻抗水传输线及MITL的设计分析及基本规律研究。

阳加速器水传输线D—dot的设计、标定和实验

应用D-dot探测器测量了阳加速器水传输线电压。D-dot探测器利用探头与高压电极之间的结构电容获得脉冲电压的微分信号，通过RC积分取得电压信号。

高速分幅相机与阳加速器的精密电流同步技术

在阳加速器上进行的Z箍缩内爆实验研究根据过程的快慢分为主要从事数百万至数千万大气压状态下冲击波物理、内爆动力学、界面不稳定性、高压物态方程等物理问题的研究和在实验室内产生兆焦级乃至几十兆焦超强X辐射源来从事有关物理问题和应用方面的研究。

“阳”加速器上的Z箍缩诊断技术

概述了为开展Z箍缩实验物理研究而建立的一些诊断技术和方法。这些诊断技术已成功应用于"阳"加速器(负载电流1.2 MA,上升时间85 ns)喷气和丝阵Z箍缩物理研究中,其中软X光8通道Dante谱仪和软X光闪烁体功率计主要用于软X光能段的辐射功率、能量和低能辐射能谱测量;椭圆弯晶谱仪、凸圆柱晶体谱仪和透射光栅谱主要用于X光辐射线谱和连续谱的测量,以获取等离子体密度、电子和离子温度等信息;X光八分幅针孔相机、分能段6通道X光掠入射针孔积分相机和激光差分干涉测量系统主要用于研究Z箍缩内爆动力学过程及等离子体参数等,并给出了这些诊断系统获取的典型实验结果,包括X光辐射功率、辐射能谱、等离子体内爆图像和密度分布等。

“阳”加速器磁驱动平面飞片实验和速度计算校验

脉冲功率驱动源作为磁驱动加载的重要手段,通过调整其电路参数可调节负载电流波形,实现对样品无冲击准等熵加载。在"阳"加速器上,开展了一系列轴对称结构和带状结构构型的磁驱动平面飞片发射实验,电极材料采用不锈钢和LY-12铝。实验中测量了进入负载的电流历史和电极后自由面速度历史,并通过时序控制将两者时间关联起来。本文以测量到的电流历史数据为基础,引入负载电流分布系数,并结合已知的LY-12铝的状态方程数据,计算电极后自由面速度历史和飞片速度历史。通过实验测量自由面速度历史校验负载各个位置的电流分布系数。另外,基于装置参数和实验数据确定了考虑负载电感变化的装置等效电路模型,形成了计算样品压力加载历史和电极后自由面速度历史估算程序。此外,初步分析不同厚度电极的自由面速度历史,获取了电极材料的准等熵加载波剖面信息,观察到一系列准等熵加载下材料动力学性能引起的物理现象。

“阳”加速器丝阵负载内爆数值模拟

基于描述Saturn装置的ZORK模型,使用Pspice语言建立了适用于"阳"加速器计算使用的金属丝阵负载模型并进行了相关计算,经过数值模拟与"阳"加速器1050#,1043#等相关实验结果的对比,验证了驱动电路与相关模型设计的正确性,并对计算结果进行了讨论,给出了此负载模型的适用性分析。使用计算得到的阳1050#加载电流曲线,进行了1维磁流体力学计算,给出内爆时间、辐射功率峰等相关参数。

“阳”加速器Z-pinch实验中负载方案的分析

对“阳”加速器 ( 1 .2 MV,1 .5MA,1 2 0 ns)上开展 Z箍缩 ( Z-pinch)内爆等离子体实验产生强 X光源的负载设计进行了基本的物理分析 ,在此基础上给出负载的结构尺寸 ,气体种类、密度和相关的参数。

阳加速器真空磁绝缘传输线结构的计算分析

介绍了阳加速器真空磁绝缘传输线新，旧结构的几何尺寸及主要电性能参数，对几个重要构件及特殊位置的电势云图分布，电场强度分布进行了分析，考察了磁绝缘条件的满足情况以及整个真空的电感分布。

磁绝缘传输线的有损线模型

开发了一种磁绝缘传输线(MITL)的电路模拟方法。以传输线模拟方法TLCODE为基础,将MITL分成若干段有损传输线单元,每个单元由一段无损传输线及一个对地损失电阻组成。根据磁绝缘准则判断单元的磁绝缘状况并计算相关参量,推导丝阵负载条件下MITL末端界面电压的表达式,阐述模型的求解方法及步骤;用有损线模型计算阳加速器MITL得到的结果与实验结果基本吻合,表明模型正确有效。

喷气Z-pinch高速扫描摄影技术研究

叙述了高速摄影在阳加速器喷气Z pinch实验中测量等离子体向心运动时的应用,用高速变像管扫描相机首次拍摄到阳加速器喷气负载为氖气状态下产生等离子体压缩过程的扫描像,该扫描像的时间分辨本领很高,可以观察到等离子体内爆压缩阶段整个过程,测得了该过程的直径随时间连续变化曲线。

Z“箍缩”的时间分辨测量技术研究

针对在阳加速器上进行的Z箍缩内爆实验所要求的超快分幅摄影技术研究,主要利用八个微通道板构成摄影系统的快门以达到时间分辨的要求,同时解决了在阳加速器上的精密同步问题以使系统可以稳定、可靠地一次拍摄到八幅图像,图像间隔最小为10ns ,曝光时间可达到3ns.该技术以分幅原理获得大幅面的图像数据,具有图像特征清晰、空间信息详细的特点,为Z箍缩过程的研究提供了翔实的实验数据.

“阳”加速器变阻抗传输线的设计

介绍了变阻抗线的物理设计及结构设计。给出了用Pspice等软件对电磁场传输过程和电场分布进行模拟计算的结果。

“阳”加速器延时触发系统

介绍了“阳”加速器的延时触发系统的设计原理。根据其对延时触发系统的要求，设计了两路独立延时脉冲，延时时间范围达毫秘级，最大延时误差10ns，两路延时之间的晃动小于2ns。

单丝Z-Pinch等离子体Thomson散射诊断系统设计

介绍了根据"阳"加速器现场环境设计Thomson散射诊断系统的方法和思路。由本底辐射出发,研究了诊断系统的重要参数,如探针光的能量、脉宽以及各光学元件的参数;同时,给出探针光和收光系统光路的设计安排;最后,讨论了杂散光及噪声的来源,并给出抑制或降低其影响的方法。

Z箍缩诊断中椭圆晶体谱仪测量数据的处理

以氖气喷气Z箍缩的实验结果为例,详细讨论了椭圆晶体谱仪测量数据的处理方法,包括使用标定结果将胶片黑密度转换为X光强度,根据已知谱线的能量和扫描点序号对测量能谱的能点进行定标,以及使用Henke给出的考虑谱仪非均匀色散效应、晶体积分反射率和X光滤片透过率后的公式对测量能谱的强度进行修正,给出了最终的解谱结果。并使用Lorentz线型函数拟合谱线轮廓,求出了Hα,Heα和Heβ等K壳层谱线的相对强度,对处理后能谱强度的误差进行了简单分析。

Z箍缩等离子体的图像分幅诊断技术

具有时间分辨能力的高速分幅相机,其幅间间隔时间达到10ns,每幅曝光时间不大于5ns,一次可以获得8幅图像,图像分辨率为1376×1035,标准幅面可以达到Φ80mm,满足在阳加速器上进行的Z箍缩内爆实验所要求的超快分幅诊断,系统由高速分幅图像采集、远近端控制部分、触发时间同步系统组成,该技术以分幅原理获得大幅面的图像数据,具有图像特征清晰、空间信息详细的特点,为Z箍缩过程的研究提供了翔实的实验数据.