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2.5μs。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。

“阳”加速器上喷气Z箍缩负载特性

介绍了一种用于"阳"加速器的超音速单壳层喷气Z箍缩负载。利用快响应压力探针对喷气负载产生的超音速流场进行了测量,获得了流场中各个位置的冲击压力以及超音速喷嘴前端的驻室压力,结合流体力学公式,给出了流场中的压力和密度分布。气流的径向密度剖面显示,气体壳层的位置随轴向位置的变化而存在差异,并且随着到喷嘴距离的增加,轴心处的气流密度不断增加。对密度分布的径向积分结果表明,气流在靠近喷嘴处的线质量密度最大,距喷嘴越远,线质量密度越小。利用单壳层超音速喷气负载,在"阳"加速器上进行了喷气Z箍缩内爆实验,对内爆过程进行了初步分析,并利用雪耙模型计算了等离子体壳层的内爆轨迹,计算结果与实验测量较好地符合。

喷气Z箍缩负载的质量线密度确定

喷气 Z箍缩的负载参数 (如质量线密度及半径 )必须和脉冲驱动源的电流 (幅值和上升时间 )相匹配。作者利用微型快速电离规测量了喷气 Z箍缩中超音速喷嘴产生的气体负载的密度分布 ,并由此得到了负载质量线密度为 4 3μg/ cm。

喷气Z箍缩内爆动力学过程的数值模拟研究

在分析了喷气Z箍缩内爆等离子体物理过程的基础上 ,作了必要的假定和简化 ,给出了物理模型和相应的数学方程组 .研制了一维三温辐射磁流体动力学的数值模拟程序 ,对氖喷气Z箍缩内爆产生高温高密度等离子体过程进行了总体数值模拟 ,得到了等离子体各参量在内爆过程中的时空分布 ,再现了该内爆动力学整体过程 ,并与GAMBLE Ⅱ装置的实验结果进行了比较 .计算结果表明 ,在对热传导系数和等离子体电阻率作适当调整后 ,得到的计算结果是自洽的 ,其中内爆到心时刻、x射线辐射脉冲的脉宽和总能量等宏观量与实验结果比较接近 .同时对喷气Z箍缩内爆过程的“拉链”(zippering)效应也进行了分析计算 .

单壳层喷气Z箍缩内爆特性分析

在"阳"加速器(电流峰值为500—850kA,上升时间约为85ns)上利用单壳层喷气负载开展了Z箍缩等离子体内爆实验,获得了等离子体的辐射产额、X光辐射图像等诊断结果.利用相应的诊断结果,定义了内爆时间,对内爆过程的主要阶段进行了划分,研究了等离子体位形、辐射强度分布等实验现象,同时对等离子体的内爆轨迹、内爆质量、径向收缩比、磁流体不稳定性等进行了初步分析.

基于等离子体粒子模拟的喷气Z箍缩过程物理研究

给出了喷气Z箍缩动力学过程在二维柱坐标系下的等离子体粒子模拟物理模型,编写了相应的程序.对低电流驱动下的稀薄喷气Z箍缩动力学过程进行了验证性的等离子体粒子模拟,得到了许多微观的Z箍缩物理信息,如负载中的电流(密度)、电磁场、粒子位置和密度的时空演化,以及总的z箍缩拖尾质量和拖尾电流等信息.发现在Z箍缩过程中,模拟得到的等离子体电流随时间的变化反映出了等离子体箍缩到心和反弹的过程特征,磁场随径向的变化与长直导线电流给出的磁场很接近;电子所受到的电场力和磁场力(洛伦兹力)是相当的,而离子所受到的力主要是电场力;电子首先在z方向加速,然后在自身运动产生电流的磁场的作用下向轴心箍缩,而离子是在电子和离子电荷分离所产生的电场力的作用下向轴心运动;在压缩到轴心附近时,电子首先因静电排斥而飞散,而离子则在惯性的作用下继续向轴心箍缩,而后滞止飞散.Z箍缩等离子体的拖尾质量在20%左右,拖尾电流最大时在7%左右.

系统和负载参数对喷气式Z箍缩过程的影响

利用改进的零维雪铲模型计算了喷气式Z箍缩装置的系统和负载参数 (系统特征电感和电阻、气柱质量和外半径等 )对电流波形和箍缩动力学过程的影响。结果表明 ,电流波形和箍缩过程对系统特征电感和电阻的变化非常敏感 ;气柱质量和外半径对电流波形的影响不大 ,仅影响等离子体箍缩到心的时间和速度 ;电感和运动阻抗随箍缩过程的进行而增大 ;Z箍缩装置的能量转换效率是较高的。

“碰撞-辐射”模型在Z箍缩等离子体K壳层线辐射谱分析中的应用

介绍了由K壳层谱线强度比估算等离子体状态参数的"碰撞-辐射"模型的基本原理.详细描述了自行研制的基于该模型的Z箍缩等离子体K壳层线辐射谱分析程序——ZSPEC的基本情况.给出了氖等离子体的计算结果,包括不同电离态离子的相对含量随电子温度的变化曲线和K壳层谱线强度比在"电子密度-电子温度"平面内的等高线分布图.该程序已在"阳"加速器Z箍缩实验结果分析中得到应用,将椭圆晶体谱仪测得的氖等离子体K壳层谱线强度比与ZSPEC程序计算结果相比较,得出在该发实验540kA峰值电流的驱动下,产生K壳层辐射的等离子体的时空平均的电子温度和电子密度约为240eV和1.0×1019cm-3.