平面型丝阵负载Z箍缩实验研究

平面型丝阵负载是近年来研究的较多的一种异型丝阵负载，作为驱动ICF靶丸的一种备选负载构型，研究它有助于理解圆柱型丝阵负载初始放电阶段的物理过程以及能量转换机制，同时它也是一种产生K层X射线辐射的有效负载，近期研究结果表明，平面型丝阵负载Z箍缩产生的keV级X射线能量达到其聚爆动能的3～4倍，本项目将探索利用平面型丝阵负载作为一种小电流驱动情况下的K层X射线辐射源的可行性，通过实验研究平面型丝阵负载Z箍缩的物理过程，比较平面型丝阵负载与圆柱型丝阵负载Z箍缩的异同，在完善负载电压及电流测量的基础上，结合光学诊断手段，分析不同构型负载Z箍缩过程中的电感及电阻等参数的变化规律，以及馈入电能量、内爆动能与辐射能量三者的关系，通过实验研究得出适用于"强光一号"驱动源产生K层辐射的负载构型及负载参数，为将来建立大型X射线辐射模拟源奠定技术基础。

该项目以平面型铝丝阵Z箍缩为研究对象，利用“强光一号”脉冲功率装置，在建立负载电压及电流可靠诊断的基础上，结合光学诊断和X射线辐射参数诊断手段，对平面型丝阵Z箍缩中几个基本物理问题进行了研究，主要结论如下：.完成了丝阵负载电压及电流参数的诊断。建立了利用电容分压器获取“强光一号”Z箍缩二极管阴阳极板间电压的方法；采用实验和电路模拟的方法解释了“强光一号”负载电流存在的拖尾现象，指出造成负载电流拖尾的重要原因为绝缘堆滑闪继而引发的泄漏电流。.平面型丝阵负载在Z箍缩过程中表现出的动力学特征与传统的圆柱型丝阵负载Z箍缩的内爆动力学特征存在相似性。从负载电压及电流波形入手，结合通过相机及数值模拟获得的丝阵聚爆轨迹，表明利用熔蚀雪耙模型描述平面型丝阵内爆动力学过程的有效性。.开展排宽度6~24mm、丝根数10~34单排平面型铝丝阵Z箍缩实验研究。不同参数负载的滞止电流0.8~1.6MA，聚爆时间58~133ns。X射线辐射功率波形上升时间14~22ns，半高宽19~24ns。聚爆时间随 值变化明显，相同 值下不同参数的丝阵聚爆时间差在3ns以内。实验获得最大X射线辐射能量22kJ，峰值功率630GW。最大K层辐射能量3.9kJ，K层辐射功率158GW。最优化 值为200~400μgcm，在相同 下丝间距应选择在1mm以下为宜。.建立了获得丝阵负载电感电阻等动态电参数的方法，分析了Z箍缩过程中电感及电阻的变化规律。获得的数据表明：在滞止时刻前3~4ns的时间内电阻项迅速增大，在滞止时刻后4~6ns内达到最大值1Ω左右，最大值的不确定度为0.2Ω。.根据电流及电感变化曲线获得了丝阵负载的聚爆动能，表明动能完全能够解X射线功率峰前辐射能，内爆过程中并不存在明显的异常欧姆热能。峰值后辐射能与丝阵负载电阻项相关。计算表明动能、磁能与欧姆热能之和与馈入丝阵负载的电能量自洽。.初步开展了基于回流柱结构式X箍缩诊断丝阵负载早期金属丝放电过程的诊断，观测到平面型W丝阵Z箍缩过程中早期放电形成的芯结构的演化，虽然该技术目前未能进行定量诊断，但达到了项目最初探索该诊断手段的预期目标。利用能谱仪对Z箍缩等离子体电子温度进行测量，表明滞止时刻电子温度约500eV。