z箍缩等离子体内爆实验金属丝阵负载优化设计分析

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1、第2%卷第%期$""’年%月物理学报O

2、阵)箍缩（)*+,-./）内爆是产生强0射线辐射的重要方法之一1在一定脉冲功率加速器条件下，金属丝阵质量和丝阵半径的选择决定了)*+,-./内爆等离子体辐射产额的大小1采用薄壳模型计算了不同丝阵质量、不同丝阵半径、不同粗细和不同材料金属丝构成的丝阵的内爆时间、内爆轨迹、内爆速度，以及最大动能和动能转换率，综合分析了丝间隙、内爆时间、动能转换率与丝阵质量和丝阵半径的关系，给出了在一定负载驱动电流条件下，金属丝阵的最佳参数1分析表明计算结果与实验上观察得到的内爆规律一致1关键词：)*+,-./内爆等离子体，金

3、属丝阵负载，薄壳模型"#$$：2$223，2$224，2$2"5，6!!"7芯周围形成的等离子体晕并没有融合成一个等离子!8引言体壳，而有明显的“芯*晕”结构，并且这种结构能够维持到内爆后期，而当丝间隙小于这个阈值时，丝的金属丝阵负载是)箍缩（)*+,-./）内爆产生有广熔解汽化能够融合形成非理想等离子体壳19:-;<=>［!—6］［#］泛应用前景的强0射线辐射的重要方法之一1等人给出的9:?@=-装置上AB丝阵内爆实验结果［&］我国开展喷气)*+,-./实验的同时，也将开展金属表明，间隙小于!8’CC的

4、AB丝阵能够形成等离子丝阵)*+,-./内爆实验1在一定脉冲功率加速器条件体壳，而且测量得到的0射线总功率随间隙的减小［!!］下，金属丝阵质量、丝阵半径的选取决定了)*+,-./内迅速增大15DED>DF等人最新的研究表明丝材料爆等离子体0射线辐射产额的大小，因此，对丝阵负不同，芯的大小也不同；丝芯大小只对每根丝上通过载的优化设计非常必要，在实验上有重要参考价值1的电流敏感，而且丝芯大小不同导致不同的临界丝为)*+,-./内爆实验提供可靠的参数，严格而论间隙1这些结果为研究金属丝阵内爆等离子体不稳应该从脉

5、冲功率加速器提供到负载上的电流开始到定性提供了重要依据，也是不稳定性波长的主要参负载箍缩内爆产生0射线辐射，对整个过程进行数照1另外，5DED>DF等人的研究还指出实验上测得的值模拟1这不仅要有一维描述，而且还要有二维，甚大丝数丝阵内爆轨迹与薄壳模型计算结果符合得很至三维包括动力学、热运输、磁场输运、辐射输运等好1他们给出的结果（如图!所示，丝阵半径为#CC，复杂物理过程的描述，这样的数值模拟研究难度大、AB丝根数分别取#，!6，%$，6’根）表明，丝根数取6’周期长1鉴于目前我国)*+,-./实验的需要

6、，完全有时实验测量得到的内爆轨迹与零维模拟计算结果几必要开展简化模型下的)*+,-./内爆动力学规律性乎完全一致16’根丝的丝阵，其丝间隙为"8&#CC，的研究，以便及时为实验提供参考数据1间隙小于!8’CC，丝阵形成了较好的等离子体壳，目前国际上已经得到的)*+,-./实验结果和理而%$根丝的丝阵，其丝间隙为!82&CC，间隙大于［#—!"］论分析表明，当丝阵的丝间隙大于某一个阈值!8’CC，单丝行为影响较大，从而内爆轨迹与零维时，单丝行为严重影响丝阵内爆特性，丝的膨胀和丝模拟计算结果在丝间隙大时偏差大

7、1!国家自然科学基金（批准号：!""%2"%"）资助的课题1&期丁宁等：*箍缩等离子体内爆实验金属丝阵负载优化设计分析$3C丝阵的初始半径，)是#时刻金属丝阵形成的等离子体薄壳的外半径1根据等效电路方程（!），可以得到加速器放电的能量方程为7!’!’’!7&’(&3$6&$)6%5$6$4!3"$，（&）7#’’’7#式中等号左端包括了磁场能量、动能以及欧姆热，其中电阻项7&97#对应负载动能的增加，’7!7)!7&’(*’())4$，（(）7#’7#’7#式中*是丝阵线质量1对于这种简化情况，丝阵形成的

8、等离子体薄壳在电流（$#）通过负载所产生的磁场力作用下，向对称中心（+轴）加速运动，即’7)!"&:’图!"#丝阵（$，!%，&’，%(根）内爆轨迹图*7#’4’")$（#），（;）式中&:是丝阵负载单位长度电感1由（’）式得到本文采用简化的物理模型———薄壳模型，在脉"&:(8!!3!481（%）冲功率加速器条件一定时，分析内爆时间、丝阵线质")(’!)量、丝阵半径、内爆最大动能，以及动能与内爆产生于是，方程（;）写成’’)