典型强箍缩聚焦二极管中等离子体与电子束互作用物理机制研究

Self-magnetic pinch diode (SMPD) and rod pinch diodes (RPD) are the most potential intense current self-pinch diodes for the pulsed X-ray with small-scale spot and high energy, which play a key role in the radiography for implosion hydrodynamic or high speed material experiment. In the previous studies, SMPD and PRD show great application potential, due to the current research in the knowledge between electrical parameter and radiation parameters, the generation and evolution of anodic plasma, the interaction mechanism between plasma and electron beam, and the quantitative regulation method are still developed..Based on the experiment, combined with the theoretical analysis and numerical simulation, this project is mainly focus on the mechanism of the plasma-electron beam interaction in the intense current self-pinching diodes. A high-resolution temporal and spatial resolution diagnosis system for the electron beam pinch process is established, which is helpful to the quantitative diagnosing the generation and evolution of plasma. Based on the studies of electron beam pinch process and the diagnosis of plasma parameters, the mechanism of interaction between anode plasma and high current electron beam are analyzed, and the key factors of affecting the quality of electron beam pinch is investigated as well. Furthermore, the quantitative control of plasma technology is developed for the stable of enhanced electron beam pinch.The study of this project will help the design of typical high-current pinch diodes, especially the design of the anode plasma generation.

自磁箍缩二极管(SMPD)和杆箍缩二极管(RPD)是两种最具工程应用潜力的强箍缩聚焦二极管，能够产生小焦斑尺寸的高能脉冲X射线，可用于材料爆轰流体力学和高速运动物体的闪光照相等领域。由于当前相关研究处于电参数和辐射参数之间的宏观规律认识上，对其阳极等离子体的产生演化、与电子束的互作用机制、定量调控方法等尚不明确，导致辐射输出稳定性欠佳。.本项目拟以实验研究为主，辅以理论分析和数值模拟。建立强流电子束箍缩过程高分辨率时空分布诊断技术，针对等离子体产生及其演化过程开展精密定量诊断；把电子束箍缩过程的时空分辨结果和阳极等离子体行为精密诊断结合起来，深入分析阳极等离子体与强流电子束互作用机制，明确影响电子束箍缩品质的关键敏感因素；在此基础上有针对性地发展等离子体定量调控技术，以实现稳定加强电子束箍缩。本项目的研究结果将为典型强流箍缩二极管优化，尤其是阳极等离子体产生结构的设计提供参考依据。

自磁箍缩二极管(SMPD)和杆箍缩二极管(RPD)是两种最具工程应用潜力的强箍缩聚焦二极管，能够产生小焦斑尺寸的高能脉冲X射线，可用于材料爆轰流体力学和高速运动物体的闪光照相等领域。本项目重点针对其阳极等离子体的产生与演化、阳极等离子体与电子束的互作用机制、定量调控方法等开展研究工作，以改善提高强聚焦电子束二极管辐射输出稳定性。.本项目结合实验研究和数值模拟方法，采用了温度阈值—空间电荷限制流模型对阳极离子发射过程进行描述，并结合UNIPIC粒子模拟软件实现了软件化；建立了包括阳极等离子体行为的、经过典型实验校验的自磁箍缩二极管全尺寸、全过程数值模型；基于该模型开展了自磁箍缩二极管强流相对论电子束箍缩聚焦过程、阻抗变化特性、不同发射区域电子束箍缩特性、阳极等离子体参数对箍缩聚焦状态的影响等方面的模拟分析研究。.在强流箍缩二极管等离子体及其辐射参数诊断系统研究方面，基于针孔成像和快响应闪烁体，建立了束流箍缩聚焦过程高时空分辨诊断系统，获得了杆箍缩二极管侧向焦斑时空变化过程，直观反映了束流箍缩聚焦的时空演化行为。在此基础上进一步开展了基于金属、石墨镀膜涂覆等不同工艺调制强流箍缩二极管阳极等离子体时的辐射特性研究，研究结果可为不同诊断目标的闪光照相系统射线源参数优化提供基础。.在项目原定的上述研究内容之外，为更进一步分析高电压大型脉冲功率闪光照相装置功率耦合过程，开展了磁绝缘传输线与强聚焦电子束二极管之间的功率耦合过程分析，给出了6~10MV情况下磁绝缘传输线驱动自磁箍缩二极管的辐射特性、辐射剂量输出最大时的阻抗配合情况，为后续高电压闪光照相装置的建设提供了基础。.本项目的研究结果涉及典型强流箍缩二极管数值模拟方法、工作机制探索和面向工程实践的辐射特性优化、功率耦合系统分析等，研究结果可为脉冲功率领域强流电子束二极管分析提供借鉴和参考，可为高电压闪光照相装置的研制提供直接帮助。