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用于阻挡z箍缩飞溅物的旋转开口圆盘系统

现代应用物理 2024年第2期15卷 184-190页

作者：王刚杨海亮刘珉君康明文西安交通大学电气工程学院西安710049 强脉冲辐射环境模拟与效应全国重点实验室西安710024

针对z箍缩等离子体内爆后期,由于等离子体柱反弹产生的飞溅物会对诊断设备的光学器件造成污染的问题,设计了一种使用旋转开口圆盘进行飞溅物阻挡的系统,可实现在X射线入射到探测器后迅速遮挡光学通道,达到保护诊断系统的目的。分析了旋... 详细信息

针对z箍缩等离子体内爆后期,由于等离子体柱反弹产生的飞溅物会对诊断设备的光学器件造成污染的问题,设计了一种使用旋转开口圆盘进行飞溅物阻挡的系统,可实现在X射线入射到探测器后迅速遮挡光学通道,达到保护诊断系统的目的。分析了旋转开口圆盘的阻挡原理,并根据该原理设计了开口圆盘的形状、尺寸、转速等参数,计算了开口圆盘能够遮挡的飞溅物速度范围为112.4~104 m·s^(-1),允许的时间抖动为12.5μs。通过有限元分析对旋转开口圆盘的应力、形变及模态进行了分析,并基于分析结果对开口圆盘的设计进行了优化,使其最大应力值降低了45%。最后给出了同步触发方案,以确保在光学通道开放时同步触发X射线发射。

关键词：旋转开口圆盘 z箍缩飞溅物阻挡同步触发有限元仿真

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大型z箍缩装置中心汇流区电感计算

西安交通大学学报 2022年第6期56卷 1-8页

作者：龚振洲魏浩范思源孙凤举邱爱慈西安交通大学电力设备与电气绝缘国家重点实验室西安710049 西北核技术研究所强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室西安710024

为了快速估算大型z箍缩装置中心汇流区电感,研究z箍缩装置电功率和能量传输效率的规律,对z箍缩装置中心汇流区做近似处理,给出了绝缘堆、真空喇叭口、真空磁绝缘传输线、汇流柱等部件电感近似计算公式,建立了一种快速估算z箍缩装置中心... 详细信息

为了快速估算大型z箍缩装置中心汇流区电感,研究z箍缩装置电功率和能量传输效率的规律,对z箍缩装置中心汇流区做近似处理,给出了绝缘堆、真空喇叭口、真空磁绝缘传输线、汇流柱等部件电感近似计算公式,建立了一种快速估算z箍缩装置中心汇流区电感的方法,获得了中心汇流区电感与电气参数(绝缘堆峰值电压)和结构参数(中心汇流区半径及分层数、真空磁绝缘传输线倾角)的定量关系。在此基础上,建立了典型z箍缩装置简化电路模型,实现了从中心汇流区结构参数→电气参数→输出电流的自洽电路模拟,获得了中心汇流区分层数及半径对z箍缩装置短路电流的影响规律。计算结果表明:所提电感计算方法获得国际典型z箍缩装置的中心汇流区电感与文献最大误差为3.3%;中心汇流区电感随分层数增大而减小、随半径先减小后增大,存在使中心汇流区电感最小的优化半径。所提方法可为同类型z箍缩装置的设计提供理论参考。

关键词： z箍缩中心汇流区电感计算绝缘堆磁绝缘传输线

负载等离子体扰动对z箍缩动态黑腔辐射温度的影响

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强激光与粒子束 2023年第5期35卷 29-37页

作者：刘晓丽祁建敏褚衍运中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

通过二维辐射流体力学模拟研究了z箍缩动态黑腔负载等离子体撞击泡沫柱的动力学过程,探索了带扰动负载等离子体形状对黑腔内辐射温度的影响。结果表明,带有扰动的负载等离子体撞击泡沫后会产生Rayleigh-Taylor(RT)流体不稳定性,导致动... 详细信息

通过二维辐射流体力学模拟研究了z箍缩动态黑腔负载等离子体撞击泡沫柱的动力学过程,探索了带扰动负载等离子体形状对黑腔内辐射温度的影响。结果表明,带有扰动的负载等离子体撞击泡沫后会产生Rayleigh-Taylor(RT)流体不稳定性,导致动态黑腔内的辐射在负载等离子体光薄区域发生漏失,使黑腔内辐射温度降低;负载等离子体扰动振幅越大、波长越大,辐射漏失越严重,同等动能加载条件下黑腔内辐射温度也越低。

关键词： z箍缩动态黑腔等离子体扰动辐射漏失 Rayleigh-Taylor不稳定性

铝单丝在可调预脉冲作用下的z箍缩动力学行为实验和数值模拟研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2023年第7期53卷 40-50页

作者：陈紫维吴坚姜志远王振宇王威卢元博李阳盛亮西安交通大学电气工程学院西安710049 强脉冲辐射环境模拟与效应全国重点实验室西安710024 西北核技术研究所西安710024

为了研究预脉冲电流对z箍缩内爆动力学行为的影响,本文首先基于双脉冲z箍缩实验平台“秦-1”装置研究了铝单丝z箍缩在不同预、主脉冲间隔下的内爆特性.铝丝在预脉冲作用下被加热汽化形成芯晕结构并膨胀,在主脉冲作用下发生雪耙特性的箍... 详细信息

为了研究预脉冲电流对z箍缩内爆动力学行为的影响,本文首先基于双脉冲z箍缩实验平台“秦-1”装置研究了铝单丝z箍缩在不同预、主脉冲间隔下的内爆特性.铝丝在预脉冲作用下被加热汽化形成芯晕结构并膨胀,在主脉冲作用下发生雪耙特性的箍缩内爆,预脉冲作用下的晕等离子体对内爆行为有显著影响.其次,基于磁流体模型计算了预脉冲作用后的密度、温度、速度分布,以及进一步主脉冲作用后的内爆壳层参量分布.计算结果的边界轨迹与实验测量基本一致,预脉冲作用下的单丝z箍缩动力学行为可以分为晕等离子体膨胀、晕等离子体内爆、晕与丝芯共同内爆、滞止辐射4个阶段,在这种雪耙内爆特性下,洛伦兹力对壳层外部的晕层做功,热压对壳层内部的未扰动等离子体做功,形成等离子体堆积.

关键词： z箍缩预脉冲调控动力学过程动力学行为辐射磁流体

嵌入硬泡沫层和靶丸的z箍缩动态黑腔动力学行为及其辐射场模拟研究

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强激光与粒子束 2023年第8期35卷 68-79页

作者：宁成黄炜昊薛创文武北京应用物理与计算数学研究所北京100088

利用自行开发的二维辐射磁流体力学程序,模拟研究在软泡沫柱外嵌套硬泡沫层、中心嵌套结构靶丸的动态黑腔整体动力学行为和热力学性能,以发现硬泡沫层对动态黑腔辐射场的影响和调制作用,以及腔靶耦合相互作用规律。对峰值50 MA、全上升... 详细信息

利用自行开发的二维辐射磁流体力学程序,模拟研究在软泡沫柱外嵌套硬泡沫层、中心嵌套结构靶丸的动态黑腔整体动力学行为和热力学性能,以发现硬泡沫层对动态黑腔辐射场的影响和调制作用,以及腔靶耦合相互作用规律。对峰值50 MA、全上升时间300 ns的驱动电流,模拟结果的比较分析表明,嵌套硬泡沫层后靶丸感受到的辐射场温度开始升高时刻延后,辐射均匀更迅速,辐射温度第一峰下降,变化更顺滑,黑腔存在时间变长,达到10 ns以上,后期辐射温度大于350 eV,波形与美国靶丸点火成功实验中的黑腔辐射温度变化曲线比较接近;与没有靶丸的动态黑腔的相同区域辐射温度相比较,嵌入靶丸后,靶丸在烧蚀后期感受到的辐射驱动温度增加。故嵌套硬泡沫层和腔靶耦合都有益于聚变靶丸的烧蚀内爆。

关键词： z箍缩动态黑腔辐射场调制惯性约束聚变靶丸

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z箍缩内爆产生的电磁脉冲辐射

物理学报 2013年第24期62卷 198-203页

作者：但加坤任晓东黄显宾张思群周少彤段书超欧阳凯蔡红春卫兵计策何安夏明鹤丰树平王勐谢卫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绵阳621900

讨论了z箍缩内爆产生的低频电磁脉冲的辐射特性.z箍缩驱动金属丝阵或固体套筒高速内爆,部分磁能通过与负载的运动耦合而向外辐射.理论结果表明,电磁脉冲辐射功率由电流和内爆轨迹共同决定.在中国工程物理研究院流体物理研究所的初级实... 详细信息

讨论了z箍缩内爆产生的低频电磁脉冲的辐射特性.z箍缩驱动金属丝阵或固体套筒高速内爆,部分磁能通过与负载的运动耦合而向外辐射.理论结果表明,电磁脉冲辐射功率由电流和内爆轨迹共同决定.在中国工程物理研究院流体物理研究所的初级实验平台上开展了负载电流为7 MA,10%—90%上升时间65 ns的丝阵z箍缩实验,根据实验测得的电流和内爆轨迹得到了电磁脉冲的辐射功率和频谱.电磁脉冲峰值功率约为1 GW,能量约为0.5 J,能量转换效率约为10 7;峰值频率位于20—70 MHz,具有较宽的辐射频谱.电磁脉冲辐射参数远小于软X射线辐射参数(峰值功率为50 TW,能量为0.5 MJ).在弱相对论条件下,电磁脉冲辐射功率近似地正比于电流的6次方,随电流急剧增大.软X射线辐射是丝阵z箍缩过程中的主要能量转换形式,本文的研究结论表明,在更高的驱动电流下,电磁脉冲辐射将提供另一种重要的能量转换途径,势必会对诊断设备造成严重影响;此外,这类强电磁脉冲在其他领域也具有潜在的应用价值.

关键词： z箍缩内爆电磁脉冲

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z箍缩动态黑腔冲击波辐射图像诊断

物理学报 2016年第7期65卷 232-237页

作者：蒙世坚黄展常甯家敏胡青元叶繁秦义许泽平徐荣昆中国工程物理研究院核物理与化学研究所绵阳621900

在"聚龙一号"装置上开展了单层钨丝阵加载重泡沫的动态黑腔实验,初步研究了z箍缩动态黑腔中冲击波传播和黑腔形成的物理过程.获得了冲击波辐射环的演化图像,分析了丝阵等离子体与泡沫的作用过程及动态黑腔内的辐射特性.测得冲击波的向... 详细信息

在"聚龙一号"装置上开展了单层钨丝阵加载重泡沫的动态黑腔实验,初步研究了z箍缩动态黑腔中冲击波传播和黑腔形成的物理过程.获得了冲击波辐射环的演化图像,分析了丝阵等离子体与泡沫的作用过程及动态黑腔内的辐射特性.测得冲击波的向心传播速度为(14.2±1.7)cm/μs,冲击波平均宽度为0.8—0.9 mm.冲击波辐射环的发光强度沿角向分布的标准偏差约为±10%,中心黑腔区的标准偏差约为±4.2%.

关键词： z箍缩动态黑腔冲击波辐射分幅相机

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z箍缩驱动动态黑腔中的基本能量转移特征

物理学报 2014年第12期63卷 228-239页

作者：宁成丰志兴薛创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北京研究生部北京100088

动态黑腔是z箍缩应用的重要途径,它可以为惯性约束聚变靶丸烧蚀内爆提供均匀对称的辐射场,也可以为辐射不透明度测量的样品提供加热源和背光源.动态黑腔中的辐射场特征与驱动电流、黑腔结构和材料组成等密切相关,在宏观上它由黑腔中能... 详细信息

动态黑腔是z箍缩应用的重要途径,它可以为惯性约束聚变靶丸烧蚀内爆提供均匀对称的辐射场,也可以为辐射不透明度测量的样品提供加热源和背光源.动态黑腔中的辐射场特征与驱动电流、黑腔结构和材料组成等密切相关,在宏观上它由黑腔中能量转移决定.为了快速地获得动态黑腔中基本能量的转移特征,以及它们随黑腔结构、线质量、驱动电流参数等的变化趋势,本文采用简单的物理模型来描述动态黑腔的内爆行为.就泡沫柱内爆动能与一维辐射磁流体力学程序的模拟结果进行了比较,两者比较接近.在惯性约束聚变应用的动态黑腔中,丝阵等离子体与泡沫柱碰撞时的动能损失对辐射场的形成很重要;而在辐射源应用的动态黑腔中,动能损失和泡沫柱最后内爆达到的动能都重要.泡沫柱最后获得的最大内爆动能与驱动电流的幅值平方成正比,碰撞动能损失随泡沫柱质量的增加而增大.电流上升时间变小,则泡沫柱中的质量能量密度要增大,从而辐射功率也要增大.

关键词： z箍缩动态黑腔能量转移惯性约束聚变

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z箍缩等离子体不稳定性的数值研究

物理学报 2004年第10期53卷 3429-3434页

作者：段耀勇郭永辉王文生邱爱慈西北核技术研究所西安710024

利用二维辐射磁流体程序模拟了钨丝阵z箍缩等离子体腊肠不稳定性的演化 :分析了存在不稳定性与没有不稳定性条件下等离子体内爆的差异 ;研究了不同初始密度扰动对x射线输出功率和能量的影响 .数值结果表明 ,在一定初始密度扰动范围内 ,... 详细信息

利用二维辐射磁流体程序模拟了钨丝阵z箍缩等离子体腊肠不稳定性的演化 :分析了存在不稳定性与没有不稳定性条件下等离子体内爆的差异 ;研究了不同初始密度扰动对x射线输出功率和能量的影响 .数值结果表明 ,在一定初始密度扰动范围内 ,这种不稳定性对x射线输出的总能量影响不显著 ,但对x射线功率随时间变化的曲线有明显的影响 .此外。

关键词： z箍缩不稳定性总能量等离子体扰动对数数值处理影响体内 x射线