丝阵Z箍缩驱动的动态黑腔关键物理问题研究

Z箍缩驱动的动态黑腔具有能量耦合效率高、技术途径简洁的特点，国外的实验发现其产生用于驱动靶丸内爆的辐射冲击波受不稳定性的影响比较小，它可能是实现Z箍缩驱动惯性约束聚变(ICF)有前景的技术途径。国外在20MA电流水平下对动态黑腔中的物理问题进行了比较多的研究，申请者也提出了自己的技术途径。动态黑腔中主要的科学技术问题是如何使动能加载最大化和辐射场均匀化。需要实验和数值模拟配合，研究丝阵内爆等离子体动能对泡沫柱的加载、辐射冲击波产生和传播等过程，以及辐射场及其均匀化特性；高Z丝阵等离子体内爆不稳定性对冲击辐射束缚能力的影响；能量转换体和丝阵对动能加载和辐射场形成特性的影响规律；针对Z箍缩驱动ICF点火对辐射场的要求，给出能量转换体、丝阵和加速器的匹配关系；还要研究在大电流、大丝阵半径下丝阵Z箍缩的新特点和规律。本项目的研究能对动态黑腔中的主要物理过程有更深入的理解，促进Z箍缩的ICF应用。

为了对动态黑腔中的主要物理过程有更深入的理解和促进Z 箍缩的ICF 应用，本项目以丝阵内爆等离子体动能加载动态黑腔为技术主线，从理论数值模拟、物理实验与诊断、负载制备多方面研究加速器电磁能量传输、丝阵等离子体内爆到泡沫柱、泡沫柱被压缩形成冲击波、压缩等离子体产生辐射而形成辐射冲击波、辐射在泡沫柱内输运和均匀化等过程的关键物理问题与特性。实验研究方面获得了丝消融特性，先驱等离子体的分流比例，丝阵内爆特性与优化，丝阵等离子体与碰撞过程的辐射特性与能量转移特性，泡沫内冲击波速度、宽度及压缩过程，黑腔辐射演化过程。在理论模拟方面完成了MARED-U程序的研制、可实现对Z箍缩驱动套筒在碰靶动能、能量转换、黑腔辐射场及靶丸压缩等过程进行计算研究；完成MULTI-2D程序的改造，对聚变点火和聚变能应用电流水平下的动态黑腔形成过程进行了模拟研究；利用粒子模拟方法研究Z箍缩过程的微观机制，深化了Z箍缩微观过程和拖尾质量和电流形成机制的认识理解。制靶方面研究了各项工艺技术，提供了满足物理实验需求的负载。通过实验研究、理论模拟、制靶技术三个方面相互结合，获得了丝阵内爆等离子体动能加载动态黑腔的物理规律，掌握了关键物理量的调节技术，具备了动态黑腔的设计能力。