强光一号Z箍缩实验研究.pdfVIP

第20 卷第11 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 20 ，No. 11 2008 2008 年11 月 HIGH P0WER LASER AND PARTICLE BEAMS Nov. ， 文章编号： 1001-4322 （2008 ）11-1761-12 综 述 ! ! 强光一号! 箍缩实验研究! 1，2 1，2 1 1，3 1 邱爱慈 ， 蒯 斌 ， 王亮平 ， 吴 刚 ， 丛培天 （1 西北核技术研究所，西安710024 ； 2 西安交通大学电气工程学院，西安710049 ； 3 清华大学工程物理系，北京 100084 ） 摘 要： 在强光一号装置驱动电流峰值1. 4 ~ 2. 1 MA、上升时间80 ~ 100 ns 条件下，研究了喷Kr 气、喷 Ne 气、W 丝阵和Al 丝阵负载Z 箍缩等离子体的辐射特性和聚爆过程。实验研究中，用分压器和两个罗戈夫斯 基线圈分别测量二极管的电压和流过负载的电流波形，用过滤型X 射线二极管和100 ~ 1 400 eV 平能谱响应 闪烁探测器测量X 射线时间谱，用镍薄膜量热计测量X 射线总能量，用纳秒时间分辨软X 射线图像诊断系统 记录了Z 箍缩的聚爆过程，用时空分辨的椭圆弯晶谱仪诊断了Z 箍缩等离子体产生的keV 级特征X 射线的能 谱分布。其中，喷Kr 气负载的X 射线辐射总能量大于60 kJ ，峰值功率约1. 7 TW，总能量转换效率可达23% ； W 丝阵负载的辐射总能量大于30 kJ ，峰值功率约1. 30 TW，总能量转换效率约为12. 5% ；喷Ne 气负载的keV 级辐射总能量5. 6 kJ ，峰值功率约256 GW ，能量转换效率可达2% ；Al 丝阵负载的keV 级辐射总能量2. 3 kJ ，峰 值功率约94 GW ，能量转换效率可达0. 8% 。喷气负载在Z 箍缩聚爆过程中存在“拉链”现象，丝阵负载在Z 箍 缩聚爆过程中存在先驱现象。 关键词： Z 箍缩； 脉冲功率源； 喷气负载； 丝阵； 等离子体辐射； 等离子体聚爆； 加速器 中图分类号： 053 ； 0572 文献标志码： A Z 箍缩的基本原理是利用脉冲高电压大电流放电产生等离子体，等离子体在大电流自磁场的作用下轴向 箍缩，形成高温高密度等离子体，产生脉冲X 射线。但是由于受到等离子体不稳定性的限制，以及脉冲功率技 术水平的制约，在20 世纪80 年代以前该项研究工作进展不大；1980 年以后，随着人们对聚爆等离子体磁流体 动力学不稳定性的深入研究，以及高功率脉冲加速器的发展，才在高功率Z 箍缩技术研究方面取得重大突破。 例如：在美国圣地亚国家实验室的Z 装置上进行的W 丝阵箍缩实验［1］，在驱动电流为20 MA 的条件下，得到 的X 射线峰值功率达到290 TW ，X 射线能量达到2 MJ 。由高功率Z 箍缩产生的强脉冲X 射线，可以应用于研 究材料的软X 射线的热力学效应和系统电磁脉冲效应，研究与惯性约束聚变相关的辐射对称化技术；还可以 用于研究材料的不透明度、极端温度和压强下材料的状态方程以及其它高能量密度物理问题等［2 ］。由于应用 前景广阔，该项技术近年来受到高度重视。 项目组在强光一号加速器驱动电流峰值1. 4 ~ 2. 1 MA、上升时间80 ~ 100 ns 条件下，实验研究了喷Kr 气、 W 丝阵、喷Ne 气和Al 丝阵负载Z 箍缩等离子体的辐射特性和聚爆过程，用自行研制的测试系统对Z 箍缩等 离子体负载的辐射性能和聚爆过程进行了诊断，得到了一些关于Z 箍缩等离子