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聚龙一号丝阵负载Z箍缩硬X射线能谱测量

强激光与粒子束 2018年第10期30卷 90-93页

作者：张思群王昆仑李晶杨亮黄显宾中国工程物理研究院流体物理研究所脉冲功率科学与技术重点实验室四川绵阳621999

为获取聚龙一号实验装置负载放电产生硬X射线的能谱分布,设计了一套7通道硬X射线能谱仪。介绍了这套多通道硬X射线能谱仪的测谱原理、主要参数及根据测量结果回推光源辐射能谱的解谱算法。在聚龙一号装置丝阵负载物理实验中对测量系统... 详细信息

为获取聚龙一号实验装置负载放电产生硬X射线的能谱分布,设计了一套7通道硬X射线能谱仪。介绍了这套多通道硬X射线能谱仪的测谱原理、主要参数及根据测量结果回推光源辐射能谱的解谱算法。在聚龙一号装置丝阵负载物理实验中对测量系统进行考核,获得了信噪比较高的测量波形。利用最大熵方法进行解谱,获得了丝阵负载产生的硬X射线能谱分布,辐射能段主要集中在200~500 ke V附近,且1 MeV以上光子份额较低。

关键词： Z箍缩硬X射线 Si-PIN探测器能谱聚龙一号

聚龙一号电磁脉冲形成与传输过程的全电路模拟

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强激光与粒子束 2016年第1期28卷 104-107页

作者：薛创丁宁张扬肖德龙孙顺凯宁成束小建北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中国工程物理研究院研究生院北京100088

为研究聚龙一号驱动器内部电磁脉冲的形成与传输规律，优化调节其运行状态，获得满足负载设计需求的电流波形，建立了描述驱动器各关键部件充放电过程的全电路数值模拟程序。该程序与负载动力学程序耦合模拟，能够在一定范围内得到与实... 详细信息

为研究聚龙一号驱动器内部电磁脉冲的形成与传输规律，优化调节其运行状态，获得满足负载设计需求的电流波形，建立了描述驱动器各关键部件充放电过程的全电路数值模拟程序。该程序与负载动力学程序耦合模拟，能够在一定范围内得到与实验结果符合较好的电压和电流波形。在典型的丝阵Z箍缩实验条件下，模拟分析了各段水介质传输线上电磁脉冲宽度逐级压缩，功率逐级放大的过程，驱动器充压65kV时，大约1MJ的电磁能量传输到绝缘堆位置。在典型的磁驱动准等熵压缩实验条件下，模拟分析了激光触发气体开关对驱动器24路模块分时放电的控制过程，模拟的O121发实验负载区电流上升时间（0～100％）为450FIS、峰值约6MA。

关键词：聚龙一号脉冲形成与传输脉冲功率 Z箍缩等熵压缩电路模拟

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聚龙一号驱动Z箍缩负载内爆的简化电路模型

强激光与粒子束 2016年第12期28卷 107-111页

作者：薛创丁宁肖德龙张扬孙顺凯宁成束小建北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中国工程物理研究院研究生院北京100088

为方便描述聚龙一号装置与Z箍缩负载的电磁耦合过程,基于大量电参数实验数据和全电路模拟分析,建立了一个简化的集总电路模型,获得了等效电压波形和等效电阻、电感等集总参量。采用水介质三板输出线出口位置的开路电压作为等效电压,进... 详细信息

为方便描述聚龙一号装置与Z箍缩负载的电磁耦合过程,基于大量电参数实验数据和全电路模拟分析,建立了一个简化的集总电路模型,获得了等效电压波形和等效电阻、电感等集总参量。采用水介质三板输出线出口位置的开路电压作为等效电压,进一步拟合为正弦平方函数,峰值为3.3 MV(当前驱动器充压为65kV),零到峰值的时间长度为102.5ns。采用简化的流阻抗模型描述磁绝缘传输线内部空间电子流的电流损失效应。将电路程序与零维负载动力学程序耦合模拟,得到了与实验结果符合的负载电流波形,尤其电流波形的前沿和峰值符合较好,分析了电磁能转化为负载动能的过程。

关键词：聚龙一号 Z箍缩电路模拟集总参量

聚龙一号装置的强电磁干扰对PDV的影响研究

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强激光与粒子束 2019年第10期31卷 94-98页

作者：王贵林张朝辉孙奇志杨雯捷计策丰树平中国工程物理研究院流体物理研究所脉冲功率科学与技术重点实验室

光子多普勒测速系统(PDV)常采用全光纤模式,操作方便,已成为材料超高压动态实验获取动力学特性的重要诊断技术。测速范围和精度与光电传感器和数据采集仪器有关,激光到达靶面后返回光电转换器,速度由多普勒引起的频率变化直接解读。聚... 详细信息

光子多普勒测速系统(PDV)常采用全光纤模式,操作方便,已成为材料超高压动态实验获取动力学特性的重要诊断技术。测速范围和精度与光电传感器和数据采集仪器有关,激光到达靶面后返回光电转换器,速度由多普勒引起的频率变化直接解读。聚龙一号装置是开展材料动态实验的重要平台,放电电流峰值5~8 MA,0~100%上升时间300~750 ns。在装置放电过程中,靶室和大厅中的强电磁干扰可以达到10~300 MHz,当干扰耦合进返回光信号后,导致速度剖面解读困难。采用聚四氟乙烯绝缘膜和导电铝膜包覆测速探针很好地抑制了强电磁干扰信号对光信号的干扰,大大提高了速度测量数据的有效性。

关键词：强电磁干扰光子多普勒聚龙一号频率速度

“聚龙一号”装置不同光子能段X射线积分成像系统研制

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强激光与粒子束 2015年第11期27卷 91-94页

作者：周少彤徐强黄显宾欧阳凯杨亮韩文辉中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

成功研制了用于"聚龙一号"装置上Z箍缩实验中等离子体图像诊断的三通道不同光子能段的X射线积分成像系统。该系统主要由针孔阵列调节组件、X射线真空飞行管道、X射线分光器件及成像板组成,各通道的光谱响应分别为277eV,小于700eV和大于8... 详细信息

成功研制了用于"聚龙一号"装置上Z箍缩实验中等离子体图像诊断的三通道不同光子能段的X射线积分成像系统。该系统主要由针孔阵列调节组件、X射线真空飞行管道、X射线分光器件及成像板组成,各通道的光谱响应分别为277eV,小于700eV和大于800eV,其对应的成像针孔直径为100,100和50μm,成像放大倍率2倍,成像空间分辨率均优于0.2mm。在"聚龙一号"装置上完成了该成像系统的性能考核,获取了不同光子能段的等离子体时间积分图像。结果表明,该成像系统满足"聚龙一号"装置上Z箍缩实验的诊断需求,在提升了单台相机光谱响应范围的同时提高了低能段图像的空间分辨率。

关键词：针孔积分相机多层镜平面反射镜 Z箍缩聚龙一号

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“聚龙一号”装置同步性实验研究

强激光与粒子束 2016年第1期28卷 141-145页

作者：计策丰树平夏明鹤傅贞李勇姚斌王玉娟中国工程物理研究院流体物理研究所脉冲功率科学与技术重点实验室四川绵阳621900

分析了"聚龙一号"装置同步控制时序及Marx发生器、主开关、自击穿水开关工作状态对装置同步性的影响,Marx发生器的同步性影响装置的能量传输效率,主开关和自击穿水开关的同步性共同决定装置的同步性。实现装置精确同步的关键,即每台激... 详细信息

分析了"聚龙一号"装置同步控制时序及Marx发生器、主开关、自击穿水开关工作状态对装置同步性的影响,Marx发生器的同步性影响装置的能量传输效率,主开关和自击穿水开关的同步性共同决定装置的同步性。实现装置精确同步的关键,即每台激光器经过左右分光后同时触发2个主开关导通,12台激光器可以独立调整精确的出光时间,用下方的主开关比上方的提前20ns导通的方式来修正传输线长度上的差异,将自击穿水开关的电极间隙设置为合适的距离来控制其导通时间。实验结果表明,Marx发生器同步性抖动为11ns,主开关和自击穿水开关上下分组的平均同步性抖动分别为4ns和10ns,"聚龙一号"装置的同步性抖动为6ns。在同一负载参数下,磁绝缘传输线和负载电流具有较好的重复性。

关键词：聚龙一号主开关自击穿水开关同步性抖动

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聚龙一号装置可靠性初步研究

聚龙一号装置可靠性初步研究

作者：计策中国工程物理研究院

学位级别：硕士

聚龙一号是中国工程物理研究院建成的脉冲功率技术典型的代表性装置,输出8～10 MA、上升前沿(10%～90%)90 ns的电流到低阻抗负载上,是用于开展Z箍缩驱动惯性约束聚变、超高速飞片发射技术、相关脉冲功率技术等研究工作的重要实验平台。... 详细信息

聚龙一号是中国工程物理研究院建成的脉冲功率技术典型的代表性装置,输出8～10 MA、上升前沿(10%～90%)90 ns的电流到低阻抗负载上,是用于开展Z箍缩驱动惯性约束聚变、超高速飞片发射技术、相关脉冲功率技术等研究工作的重要实验平台。开展聚龙一号装置的可靠性研究是用可靠性的理论和方法指导装置和部件的设计,发现关键部件全寿命周期故障发生、发展的规律,掌握故障预防、控制的方法,实现预防故障发生、消减故障后果、提高装置可靠性的目的。本论文论述了聚龙一号装置关键部件的可靠性设计,分析了主要故障模式影响及危害性,分析和验证了关键部件的可靠性数据,通过可靠性建模得出了装置的可靠度,提出了运行、检修策略。论文的主要研究内容及结论如下:一、论述了聚龙一号装置关键部件的可靠性设计,分析了主要故障模式影响及危害性。基于聚龙一号装置的技术特点,关键部件Marx发生器和主同步开关对于装置实现设计指标起到了重要作用。稳定可靠的Marx发生器是低抖动超高功率单路脉冲产生的基础,高性能超高功率主同步开关是低抖动超高功率单路脉冲控制的关键,两者都是整个多路并联超高功率脉冲装置的关键部件。从性能设计和可靠性设计两方面论述了关键部件的设计,可靠性设计主要采用了简化设计、降额设计、裕度设计和零部件选择与控制等方法。将聚龙一号装置的实验过程划分为充电、触发、脉冲形成及传输三个过程,给出了实验中常见的、对实验影响较大的主要故障模式,分别为:Marx发生器自击穿、主同步开关自击穿、磁绝缘传输线阴阳极击穿等。明确了故障模式的判据,分析了故障产生原因、造成的影响,有针对性的提出了改进措施。根据故障发生概率、影响严酷度和检测难度三个因素,采用风险优先数法分析了故障模式的危害性,并对部件危害性进行了排序,排在前面的部件分别是:Marx发生器、主同步开关和磁绝缘传输线。二、通过理论计算和实验统计验证,给出了场畸变开关、Marx发生器和主同步开关的自击穿概率。基于聚龙一号装置关键部件场畸变开关、Marx发生器、主同步开关的自击穿电压数据,拟合出其电压分布类型近似正态分布,通过参数估计求解出分布参数,计算得出场畸变开关、Marx发生器、主同步开关在不同欠压比下的自击穿概率。Marx发生器在欠压比65%、主同步开关在85%欠压比条件下,计算得出的自击穿概率与实验统计结果比较接近。场畸变开关在65%欠压比条件下,计算得出的自击穿概率比与实验统计结果更低,原因是由于“水桶效应”,即Marx发生器的自击穿概率很大程度上由自击穿概率高的场畸变开关所决定,而计算得出的场畸变开关自击穿概率为平均值。通过计算与统计结果的分析验证,给出了在欠压比65%条件下场畸变开关自击穿概率约为10-4量级,Marx发生器自击穿概率约为6×10-3,在欠压比85%条件下主同步开关的自击穿概率约为3×10-3～4×10-3。三、通过建立可靠性模型,计算得出了聚龙一号装置的可靠度。根据聚龙一号装置实验成功的不同判据,建立了三种可靠性模型,分别为:以充电开始的模型;以触发开始的模型;以触发开始允许一个主开关自击穿的模型。在Marx发生器欠压比65%、主同步开关欠压比85%条件下,计算得出装置三种模型的可靠度分别为81.3%、88.8%和97.7%。经过理论分析给出了降低Marx发生器、主同步开关欠压比,优先检修高于平均自击穿概率的发生器的运行、检修策略,采用这些策略后装置三种可靠性模型的可靠度可以分别提高到91.9%、97.6%和98%。通过论文的研究工作,使可靠性理论和方法在脉冲功率装置的设计和使用中得到应用,验证了可靠性数据处理分析方法。以提高可靠性为目的,本文对已有装置和新建装置都有一定的指导意义。

关键词：聚龙一号可靠性设计故障模式影响及危害性自击穿概率可靠性模型

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聚龙一号主开关导通时刻对负载电流的影响

强激光与粒子束 2019年第1期31卷 53-56页

作者：毛重阳薛创肖德龙王小光王冠琼丁宁北京应用物理与计算数学研究所北京100088

利用FCM-PTS程序与负载动力学程序耦合模拟研究了聚龙一号装置中主开关导通时刻对Z箍缩实验中负载电流峰值和上升时间的影响。结果表明,虽然聚龙一号装置上下支路三平板传输线的单向传输时间相差20ns,但是当上下支路主开关导通时刻的时... 详细信息

利用FCM-PTS程序与负载动力学程序耦合模拟研究了聚龙一号装置中主开关导通时刻对Z箍缩实验中负载电流峰值和上升时间的影响。结果表明,虽然聚龙一号装置上下支路三平板传输线的单向传输时间相差20ns,但是当上下支路主开关导通时刻的时间差为22ns时,负载电流的峰值最大,上升时间最短。将上下支路主开关导通时刻的时间差设置为20ns和22ns时,主开关导通时刻10ns的抖动导致负载电流峰值损失最大值分别为163kA和136kA,上升时间最多分别延长2.4ns和2.9ns。

关键词：聚龙一号 Z箍缩主开关同步性电路模拟

磁化套筒惯性聚变初步探索研究与实验可行性分析

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强激光与粒子束 2020年第6期32卷 27-36页

作者：赵海龙王刚华王强张恒第肖波阚明先杨龙中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

磁化套筒惯性聚变(MagLIF)构型可充分利用现有大型脉冲功率驱动装置,如聚龙一号等。基于磁流体力学方程组和1∶1比例氘氚(DT)混合燃料聚变模型,开发了零维MagLIF数值模拟程序并进行了初步探索研究。计算结果表明初始负载参数(如轴向磁... 详细信息

磁化套筒惯性聚变(MagLIF)构型可充分利用现有大型脉冲功率驱动装置,如聚龙一号等。基于磁流体力学方程组和1∶1比例氘氚(DT)混合燃料聚变模型,开发了零维MagLIF数值模拟程序并进行了初步探索研究。计算结果表明初始负载参数(如轴向磁场强度,预加热温度、时刻,负载半径等)与聚变产额之间有着密切的联系,在给定条件下,可依据计算给出的定性关系进行负载优化设计。值得注意的是,根据计算结果,即使在理想条件下,氘氚燃料要实现能量收支平衡,则驱动器的电流必须大于21.2 MA。这意味着聚龙一号装置(10 MA)无法开展集成化的MagLIF实验,进一步的校验计算验证了上述观点,并在此基础上提出铝套筒分解实验的建议和负载设计参数。所取得的计算结果有利于加深对MagLIF套筒压缩阶段物理过程的认知和理解。

关键词：磁化套筒惯性聚变聚龙一号磁流体模拟可行性分析