XueC 脉冲功率驱.ppt

* * 加速器输出的电磁波时间形状通常是单峰脉冲，而不是一系列高频震荡的峰谷结构，位移电流与传导电流大小相比，不足后者的1%； 真空区空间尺度100cm，电磁波传输时间约3ns，远小于脉冲上升时间或者脉冲宽度。可以采用似稳态分布来描述真空区的电磁场。 * * 加速器输出的电磁波时间形状通常是单峰脉冲，而不是一系列高频震荡的峰谷结构，位移电流与传导电流大小相比，不足后者的1%； 真空区空间尺度100cm，电磁波传输时间约3ns，远小于脉冲上升时间或者脉冲宽度。可以采用似稳态分布来描述真空区的电磁场。 * * 加速器输出的电磁波时间形状通常是单峰脉冲，而不是一系列高频震荡的峰谷结构，位移电流与传导电流大小相比，不足后者的1%； 真空区空间尺度100cm，电磁波传输时间约3ns，远小于脉冲上升时间或者脉冲宽度。可以采用似稳态分布来描述真空区的电磁场。 * * 本来可以给出全电路模型下，数值程序与软件结果的比对。 * * 本来可以给出全电路模型下，数值程序与软件结果的比对。 薛 创 孙顺凯 肖德龙 丁宁 磁驱动聚变研究中心 北京应用物理与计算数学研究所 2012.04.17 脉冲功率驱动器与Z箍缩负载能量耦合的数值模拟研究 * 内容 引言 驱动器的全电路数值模拟 ——模型、参数、算法 耦合模拟的初步结果 总结 引言 伴随着脉冲功率技术的迅速发展，国内外陆续建立了一些大型装置，研究大电流Z箍缩等离子体内爆产生的软X射线辐射，以及利用辐射驱动氘氚靶丸发生惯性约束聚变的物理过程 脉冲功率技术 采用电容储能或电感储能等办法，先在相对较长的时间内把低功率电磁能储存起来，再经过快速压缩、转换，形成高功率脉冲，最后释放给负载的技术 Z箍缩驱动惯性约束聚变 * Z箍缩研究的一个重要任务是理解能量从脉冲功率驱动器到负载的传输和转化过程 惯性约束聚变能源的关键物理问题之一是驱动器内的电磁能如何有效加载到负载等离子体上 Z箍缩能够实现电能到软X射线的高效率转换，在论证聚变能源可行性方面可能比激光更经济 Z箍缩负载与驱动器是一个整体，负载参数直接影响驱动器的输出特性，从负载端反射的电磁脉冲包含着负载等离子体的动力学信息 * 引言 国内的两个Z箍缩驱动器 “强光一号”加速器:~1.5MA PTS装置(在建):10MA 美国ZR装置 1985 PBFA-II (Particle Beam fusion accelerator) 1997 Z：18MA~20MA 2002—2006 ZR prediction challenge (original) 2007 ZR：26MA 2007—2008 ZR prediction challenge (revised) * 11.4MJ/1ms 5MJ/105ns 3MJ/90ns 图1 Z装置结构示意图和不同位置的电磁脉冲功率波形. 引言——“ZR预报挑战赛” 挑战赛的规则 给定实验将采用的丝阵负载参数 根据驱动器的等效电路模型，以及较低电流装置上原有的实验数据 理论分析和数值模拟都可以参与 准确预报出辐射功率峰值者获胜 （希望理论分析者给出辐射峰值时刻、辐射功率和总能量,数值模拟者给出辐射功率的时间波形.） * 引言——“ZR预报挑战赛” 挑战赛的结果1 两名获胜者均采用理论分析的办法：唯象定标率、经验模型（公式）;而大型三维辐射磁流体程序的结果偏大. * Person Peak Power (TW) Peak Current (MA) Methods (simulation or analysis) J P Chittenden 167 24.8 3D RMHD C Jennings 114 22 3D RMHD R W Lemke 120 23.5 3D RMHD 实验结果 89±3 20.5 average of the Kimfol XRD S V Lebedev 125 25 energy scaling T J Nash 100 23.4 Thin shell dynamics (0D) model P V Sasorov 100 23.7 Phenomenological model 引言——“ZR预报挑战赛” 挑战赛的启示 在实验完成之前，根据以往实验数据建立的驱动器简单电路模型很难预测负载上实际通过的电流 已知负载电流后，采用以往实验数据校验过的辐射磁流体程序，大多能给出合理的辐射功率波形 准确描述驱动器的放电过程，获得负载的电流波形，是本次预报辐射产额的关键 PTS prediction challenge? * 1：M. E. Cuneo, M. Jones, J. P. Chittenden, et al. ZR Prediction Challenge