应用于Z箍缩等离子体X光产额测量的闪烁体功率计

介绍了在"阳"加速器上使用的闪烁体功率计结构和测量参数,讨论了功率计在北京同步辐射装置上的标定实验,分析了标定结果及由此结果可能给最后实验结果带来的误差,并探讨了修正该误差可行的办法,利用Dante谱仪测得的能谱对功率计测试结果进行修正。修正后,两套设备之间的测试结果差异由原来的30%以上降至15%以内。最后给出了利用软X光闪烁体功率计进行喷气Z箍缩等离子体辐射测量的结果,得到"阳"加速器上喷气Z箍缩负载产生的软X光辐射峰值功率为几十GW,能量产额数百J。

Z箍缩等离子体均匀色散晶体光谱成像

为了诊断Z箍缩等离子体X射线相关信息,利用自聚焦和均匀色散原理,研制了一种新型的均匀色散弯晶谱仪。晶体分析器采用α-石英(1010),布拉格角为43.4°～72.7°,利用有效面积为10mm×50mm的X射线胶片接收光谱信号,实验在中国工程物理研究院阳加速器装置上进行,摄谱元件获得了Z箍缩铝丝阵等离子体的类H及类He谱线。实验结果表明:谱线分布遵循均匀色散条件,所研制均匀色散弯晶谱仪线色散率为-116.198mm/nm,与理论值-120mm/nm的相对误差为3.168%,能够用于Z箍缩等离子体X射线的光谱学研究。

Z箍缩等离子体MHD不稳定性的简化分析

在Haines的理论模型基础上,将金属丝阵负载Z箍缩内爆等离子体MRT不稳定性发展的全过程划分为四个部分加以描述,并利用ZP-0D程序定性分析了丝阵参数和驱动器条件对不稳定性的影响。研究结果表明,增加丝阵的丝根数,能够明显改善Z箍缩的稳定状态,有利于提高箍缩停滞时等离子体的温度、密度及X射线产额。

Z箍缩等离子体电流分布研究

利用人电流脉冲功率装置驱动金属丝阵Z箍缩内爆是惯性约束聚变的一个重要技术途径。

喷气式Z箍缩等离子体辐射软X射线能谱的研究

研制了一台五通道ROSS-FILTER-PIN软X射线能谱仪,能谱范围为0·28—1·56keV.它由5个连续能段组成,每个能段的起止边由罗斯滤片对(ROSS-FILTERS)的L或K吸收边确定.罗斯滤片对的厚度通过优化计算得到,为了使每个通道的灵敏区外响应(即所测能段外响应)与通道总响应之比最小,在滤片对的第二滤片上镀上了一定厚度的第一滤片材料;为了缩减滤片表面积以增强低能滤片的抗冲击能力及方便滤片加工,能谱仪采用了小探测面积的PIN探测器(1mm2).借助此能谱仪,测量得到了喷气式Z箍缩(Z-pinch)等离子体辐射软X射线能谱的分布,并研究了软X射线产额随箍缩状况的变化趋势.

喷气式Z箍缩等离子体发射离子束能谱的研究

使用紧凑型汤姆生离子谱仪对喷气式Z箍缩 (Z pinch)等离子体发射的离子束能谱进行了实验研究 .紧凑型汤姆生离子谱仪由入射窗、偏转电磁场、后置针孔及CR 39探测板组成 .等离子体发射的离子束经前置针孔、谱仪入射窗准直后进入偏转电磁场偏转 ,由后置针孔射出轰击探测板形成可分辩的抛物线簇 .对抛物线簇进行分析处理 ,得到了等离子体辐射的离子束能谱及能谱随箍缩状况的变化趋势 .

利用凸晶摄谱仪获取Z箍缩等离子体X辐射单色图像

考虑晶体摇摆曲线的影响,用光线追迹方法讨论了凸晶摄谱仪的能谱分辨率、单色图像径向空间分辨本领以及晶体与X射线源之间的距离对它们的影响.根据讨论建立了云母凸晶摄谱仪,在"强光一号"装置上对系统进行了成功地测试,获得铝丝阵负载Z箍缩等离子体X辐射单色图像.时间积分图像表明,Z箍缩Al等离子体K壳层Lyα和Heβ线辐射来自等离子体核心直径约2.3mm的区域.

毛细管放电Z箍缩等离子体X射线激光

毛细管放电Z箍缩等离子体软X射线激光器近几年发展非常迅速 ,已经获得了在 4 6 .9nm的波长上近毫焦量级的激光输出 ,重复频率达到了 4Hz.利用这种软X射线激光在等离子诊断、物质烧熔等方面已开展了初步的应用实验研究 .文章介绍了毛细管放电泵浦的两种物理机制 ,阐述了类氖氩离子 2 p53p1 S0 — 2 p53s1 P1 能级间粒子数反转的形成及毛细管放电等离子体柱的演变过程 .深入理解这些物理过程 ,对发展毛细管放电软X射线激光将起到积极作用 .

“强光一号”z箍缩实验Al等离子体能谱诊断

建立了由球面弯晶、塑料闪烁体、光纤传像束与CCD高效耦合的X光能谱测量系统，在“强光一号”装置上成功测量了铝丝阵Z箍缩等离子体X射线连续谱，实现了Z箍缩等离子体的电子温度测量，对确定Z箍缩等离子体的状态参数、校验已经获得的线辐射实验结果和九所等离子体辐射程序、理解Z箍缩内爆动力学过程和能量转换机制具有重要意义。

激光辅助放电等离子体极紫外光源研究进展

极紫外光刻技术可以制造特征尺寸小于22 nm的芯片,是推动半导体集成电路发展的重要手段。极紫外光源是极紫外光刻系统的重要组成部分。激光辅助放电等离子体极紫外光源方法可以使传统固体靶材作为放电等离子体所需要的材料,其装置结构简单,产生极紫外光源功率高,能够精确控制放电时间和提高放电的稳定性等,具有良好的应用前景。本文系统阐述了激光辅助放电等离子体极紫外光源相关研究进展,介绍靶材作为不同电极极性、不同放电参数和激光参数下放电等离子体极紫外光源的产生,并对不同条件下产生极紫外光源的特点进行了归纳总结,为更好地使用激光辅助放电等离子体进行产生极紫外光源提供有益的参考。

可见光分幅相机及其在Z箍缩诊断中的应用

研制了一套纳秒级可见光分幅相机,用于"强光一号"早期放电过程的观察和诊断。介绍了相机的主要性能,利用该相机得到了丝阵负载Z箍缩等离子体的可见光图像,对结果进行了分析。

PW级Z箍缩驱动源指数传输线的电路模拟

采用PSPICE软件,以PW级Z箍缩驱动源指数传输线为例,模拟分析了用有限多段分段阶跃变阻抗传输线序列模拟连续指数变阻抗传输线时,直角波、半周期正弦、全周期正弦平方等入射脉冲的电压和功率传输效率与分段数以及脉冲参数的关系,并计算了水电阻率对功率传输效率的影响。模拟结果表明:直角波波头的电压和功率传输效率随分段数增大而迅速趋近于理想传输线变压器的值;但对于非直角波入射脉冲而言,分段数并非越多越好,而是存在一个与传输线电长度和输入脉冲波前时间相应的最佳值;随着水电阻率下降,功率传输效率加速降低。

铝单丝Z箍缩形成无核冕结构的物理分析

针对铝单丝Z箍缩负载,计算其可形成金属蒸气而不形成核冕等离子体的电路和负载参数范围。提出了铝丝电爆炸形成金属蒸气的能量沉积判据和击穿电压判据;建立了热动力学模型,选取电路参数使得金属丝气化时放电回路电流恰好迅速下降,从而避免发生电压击穿。计算了典型电路下的负载电流、电压、电阻及沉积能量的变化曲线,并分析了回路总电感、充电电压以及负载丝长度、直径对其的影响规律。计算结果表明:当储能电容为150pF、充电电压为65kV、回路电感为300nH时,可驱动直径20μm、长2cm的铝丝电爆炸形成铝丝蒸气。快电流前沿、小丝直径和较短的丝长度有助于提高负载中的单位质量沉积能量,容易电爆炸形成金属蒸气负载。

双层喷气Z箍缩氖等离子体K层辐射研究

报道了"强光一号"(1.6MA,70ns)加速器驱动双层喷Ne气Z箍缩负载产生K层辐射(光子能量约1keV)的实验研究.喷气负载出口半径为1.5—1.4cm和0.75—0.6cm(半径比2∶1).充气压力相同情况下外层和内层质量比约2.8∶1.在内爆时间约120ns、负载线质量估计值60—70μg/cm时,获得K层辐射产额约7kJ、峰值功率0.28TW,脉冲宽度20ns.X射线分幅图像表明内爆阶段的不稳定性影响较小,最终内爆速度超过25cm/μs,等离子体柱直径至少压缩到2.5mm.随着负载线质量增大、内爆时间增加,K层辐射功率和产额很快下降.对于质量较轻(28—63μg/cm)的负载,时间分辨的K层线辐射谱给出的电子温度达到500eV以上,对较重的负载(72—80μg/cm)则介于300—400eV.K层发射区域的离子密度介于3—9×1019cm-3,参与K层发射的负载质量mK介于17—46μg/cm,其数值与K层产额的大小有正相关性.

电感分布对双层丝阵Z箍缩内爆动力学模式的影响

采用等效电路和零维分析方法,建立了双层丝阵Z箍缩内爆动力学的物理模型.研究了内、外层丝阵电感分布及其变化对双层丝阵内爆动力学模式的决定性影响,结果表明丝阵的初始电感决定了初始电流分配,动态电感变化影响丝阵内爆的动力学过程.提出由于电感的变化可能存在四种不同的双层丝阵内爆动力学模式.针对"强光一号"装置Z箍缩双层丝阵负载参数进行计算分析,可以得到外层等离子体穿透内层先运动到芯的动力学模式,与其他低电流装置在实验上观察到的物理图像一致.

Z箍缩内爆的MARED程序数值模拟分析

MARED程序是模拟Z箍缩内爆过程的二维三温辐射磁流体力学程序,它适用于不同装置条件和不同负载参数.利用MARED程序对Z箍缩内爆进行模拟,结合丝阵Z箍缩实验分析表明:相同负载质量条件下,钨丝阵内爆产生的X射线辐射功率远大于铝丝阵产生的X射线功率;相同负载电流条件下,负载质量越大,计算得到的X射线功率越低;X射线功率随着负载电流增加而增加.MARED程序能够较好地反映Z箍缩内爆动力学过程,特别是不稳定性发展的二维图像,能够给出与不稳定性简化模型的理论分析及实验结果定性一致的演化规律.MARED程序模拟丝阵填充泡沫形成辐射场的初步计算得到了与Sandia实验室模拟Z装置上丝阵填充泡沫定性一致的结果.

多通道软X射线Dante谱仪标定及实验

介绍了用于阳加速器上Z箍缩内爆实验诊断的Dante谱仪的结构和通道配置,详细讨论了X射线二极管、掠入射平面反射镜和滤片等主要元器件的标定结果,分析了标定结果与理论计算发生偏差的原因,给出了喷气Z箍缩等离子体辐射的测量结果,X光辐射功率30-40 GW,能量约0.8 kJ,并与闪烁体光电管测量结果进行了比较,差异约20%。

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。

指数传输线输出波形和传输效率的级数近似解

以传输线分布参数模型为基础,推导给出了Z箍缩感兴趣条件下典型脉冲通过指数变阻抗传输线后脉冲波形和传输效率的级数近似解。分析了变阻抗传输线的阻抗变比、长度及脉冲形状和参数对传输效率的影响,以适合PW量级Z箍缩驱动源的水介质整体径向指数变阻抗传输线的参数组合为例计算给出了其传输效率。电压传输效率随传输线阻抗变比、长度增大而增加,随脉冲频谱向高频移动而增加;功率传输效率随传输线阻抗变化剧烈程度减小而增大,随脉冲频谱向高频移动而增大。给出了电压和功率传输效率的简化计算公式。

X射线晶体谱仪的设计

分析了Z箍缩等离子体的辐射特性；介绍了用平面晶体作为分光元件的X射线晶体谱仪的原理、结构参数设计及性能分析；对晶体谱仪测量X射线辐射谱的初步实验进行分析，给出预估的实验结果。