用X-pinch对双丝Z箍缩进行轴向X射线背光照相

利用PPG-1脉冲电流源(400 k A,100 ns),同时驱动X-pinch和双丝Z箍缩负载.用X-pinch作为X射线源,对双丝Z箍缩进行了轴向背光照相的初步实验.得到了双丝Z箍缩在r-θ平面上随时间演化的图像,观察到了丝阵Z箍缩所有早期过程,包括丝芯膨胀、冕层等离子体产生、等离子体向丝阵中心的运动、先驱等离子体形成.利用阶跃光楔滤片,对上述背光图像进行了等离子体质量面密度的标定,首次得到了在r-θ平面上双丝Z箍缩等离子体质量面密度的时空分布图像.

单丝及多丝Z箍缩的X射线背光成像

基于X箍缩软X射线辐射点源对单丝及多丝Z箍缩发展过程进行了背光成像研究,实验平台为清华大学电机系研制的脉冲功率装置PPG-Ⅰ(500kV/400kA/100ns)。成像光路安排为:作为X射线源的X箍缩和作为目标物的单丝或多丝(双丝)Z箍缩分别安装在装置的输出主电极阴阳极之间或回流导电杆处,成像胶片采用高分辨力、高灵敏度的X射线胶片。利用自行设计的电流传感器和罗氏线圈对目标物实际流过的电流进行监测。为了测定目标物金属细丝的质量消融率,设计了μm级厚度的阶梯光楔。通过大量成像实验,获取了Z箍缩等离子体融合、先驱等离子体形成及不稳定性发展等过程的相关物理图像以及质量消融率、丝芯膨胀率等重要定量参数。

X箍缩背光照相

利用PPG-Ⅰ脉冲功率装置(500 kV,400 kA,100 ns)驱动X箍缩负载,得到了μm量级的亚纳秒脉冲X射线辐射点源。在阴阳极轴线和回流柱上同时安装X箍缩负载,前者可作为背光照相的X射线点源;后者可作为被拍照的目标X箍缩。获得了X箍缩发展过程不同时刻的时间序列图像,在背光照相的图像中可以清晰观察到X箍缩交叉点处等离子体的外爆、箍缩以及最终的崩溃阶段。将阴阳极轴线上的X箍缩负载用Z箍缩丝阵负载代替,实现了对丝阵负载Z箍缩放电起始阶段的X射线背光照相,观察到了最初的各单丝电爆炸、等离子体膨胀及融合过程,同时观察到了双丝Z箍缩发展过程中的等离子体不稳定性。实验结果有助于深入理解Z箍缩发展的物理过程,同时可为有效的模拟建模分析提供基本的实验数据。

快点火背光照相数值模拟

在激光惯性约束聚变实验研究中,诊断燃料层密度通常利用纳秒激光束辐照金属靶片产生特征X射线作为背光照明光源,对内爆球壳进行瞬态辐射照相,进而推断球壳内爆燃料层的密度。利用蒙特卡罗程序,对快点火X射线背光照相进行了研究,模拟了针孔成像中不同的针孔大小、障板厚度、背光能量对成像质量的影响,对于快点火实验中微米尺寸塑料小球,进行了诊断方案优化。模拟结果表明,综合考虑光通量及成像空间分辨,针孔半径为10μm时成像效果最佳;此时,采用2.7 keV的Mo背光源可以获得最佳的密度分辨。

小型X箍缩的初步实验研究

基于一台紧凑型脉冲电流发生器,对小型X箍缩进行了初步的实验研究。当改变X箍缩双细丝的直径和材料时,流过负载的总电流几乎不变,这表明双细丝阻抗远小于负载的总阻抗。使用这些细丝,X箍缩均能辐射X射线,但随着细丝质量的增大,X射线辐射时刻相对于电流起始时刻的延迟逐渐增大,X射线脉冲通常为亚纳秒脉宽的单峰或几乎重叠的双峰。对于小质量的细丝负载,若驱动电流足够大,时常观察到时间间隔较长的两个X射线脉冲,并被确认为二次箍缩所致。

强激光加载下铝、锡微喷特性实验研究

基于皮秒激光驱动的高能X射线源具有微焦点、高亮度和高分辨的优良特性,已成为研究金属材料微层裂和微喷射现象的热门诊断方法之一。锡因其熔点较低而成为微喷研究熔化影响的首选材料,铝由于熔点相对较高,不易发生冲击或卸载熔化形成液滴喷射,因此,铝微喷实验研究结果相对较少。基于“星光-III”激光装置的纳秒加载源和皮秒束诊断源,发展了皮秒激光驱动高能X射线背光照相技术,研究了表面含V型几何缺陷的金属锡、铝微喷特性,通过延时控制,获取了两种典型金属微喷射过程的高分辨物理图像,得到了喷射物质的形态分布、平均速度和面密度分布等重要信息。采用SPH方法对实验结果进行了数值模拟分析,揭示了实验中喷射物的形成机理以及高速喷射物质的来源。

电爆金属丝质量密度分布的演变过程

基于X-pinch软X射线辐射点源对直径10μm钨丝单丝以及8μm钨丝双丝电爆发展过程进行了背光成像研究,实验平台为清华大学电机系研制的脉冲功率装置PPG-1(500kV/400kA/100ns)。成像光路安排为:作为X射线源的X-pinch和作为目标物的钨丝分别安装在装置的输出主电极阴阳极之间和回流导电杆处,成像胶片采用高分辨率、高灵敏度的X光胶片。利用自行设计的电流传感器和罗氏线圈对目标物实际流过的电流进行监测,从而计算得8μm钨丝丝爆过程中电导随时间变化的曲线。为了观测电爆金属丝质量密度分布的演变过程,设计了μm级厚度的阶梯光楔。通过大量成像实验,获取了丝芯膨胀、晕层等离子体形成及其向外扩张等过程的相关物理图像以及基于原始胶片绘制的质量密度分布图。

“阳”加速器钛丝X箍缩光源辐射特性实验研究

为了利用X箍缩产生的点光源作为背光光源对丝阵Z箍缩内爆早期的负载内部结构进行背光照相,在"阳"加速器(电流峰值为500—800 kA,上升时间约80 ns)上开展了钛丝(丝交叉角度为60°)X箍缩光源辐射特性的初步实验研究.通过X射线二极管探测器、透射光栅谱仪、晶体谱仪和狭缝相机等诊断设备获取了箍缩点光源的辐射功率达到1.5 GW左右,辐射能量约为1 J,光子能量为keV量级的辐射能谱范围主要集中在1—4 keV能段,点光源尺寸小于15μ.tm,其时间尺度(辐射脉冲半高宽)达到了200 ps.对光源特征信息进行了初步分析,同时掌握了有效获取钛丝X箍缩单脉冲点光源的方法.