喷气负载研制及其z箍缩等离子体实验研究

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1、四川大学硕士学位论文喷气负载研制及其Z箍缩等离子体实验研究姓名：黄显宾申请学位级别：硕士专业：核技术及应用指导教师：伍登学2005041077592S喷气负载研制及其z箍缩等离子体实验研究核技术及应用专业研究生黄显宾指导教师伍登学教授利用z箍缩等离子体辐射产生的软X射线驱动靶丸内爆压缩氘氚燃料是实现惯性约束聚变(ICF)的一种重要途径，目前它已经成为世界上的一个研究热点。本论文重点对软x射线和等离子体诊断技术及其辐射特性进行了研究。主要工作包括两个部分：(1)研制了一套Z箍缩喷气负载系统，并进行了性能测试实验及数值模拟；(2)采用x光纳秒分幅相机、x光功率谱仪、PIN二极管阵列

2、、x光积分针孔相机、变相管扫描相机、x射线多通道谱仪、激光差分剪切干涉仪等诊断技术在“阳”加速器上开展了喷气z箍缩实验，测量了等离子体辐射产生软X射线能量、功率，等离子体运动过程图像。这两部分研究工作属国家自然科学基金资助课题(10035030)内容之一。通过论文研究工作，得到了如下结论：(11研制的z箍缩喷气负载系统实验结果表明：系统运行稳定、重复性好。利用流场程序对喷气负载质量线密度和气流位形进行了模拟表明：喷气负载线质量密度约l3“咖m2，气流位形与Z箍缩实验中获得的早期等离子体图像吻合。(2)在喷气z箍缩实验中，获得了能量约500J／cm、功率大于120W，半高宽约20

3、ns的软x射线脉冲和内爆等离子体各阶段运动发展过程的x光图像。研究表明：初始气体的空间分布极大的影响喷气Z箍缩过程。喷气负载初始击穿不均匀，导致初期负载电流主要从等离子体壳层中几个主要的通道非均匀的通过；气流“喇叭”状位形导致等离子体从阴极向阳极的“拉链”效应，气流“颈缩”位形导致阳极端等离子体“颈缩”效应，并导致阳极端等离子体先期崩溃飞散；沿Z轴方向，等离子体“拉链”效应明显，最大达2．89×10。cm／s；“喇叭”状位形导致沿z轴内爆速度大小不一致，半径最大处速度达44×107cm／s：不稳定性主要发生在箍缩中后期，快速增长的m=O不稳定性占主导地位，其次为Ⅲ：1不稳定性和

4、R—T不稳定性；箍缩后期等离子体飞散后阴阳电极产生高温金属等离子体，且箍缩过程中阴极端等离子体温度总高于阳极端温度；同时，实验中也观察到负载驱动电流上升时间的缩短，可大大提高等离子体柱的箍缩速度，使等离子体柱阴阳极温度快速趋于一致，减小了等离子体不稳定性的影响等。目前，研制的喷气负载系统已成功应用于Z箍缩实验，为开展z箍缩物理实验研究提供了实验平台，对国内研究z箍缩物理现象及实现惯性约束聚变奠定了良好的基础。关键词：喷气负载，z箍缩，等离子体，磁流体不稳定性，x射线。IIDesignofgas-puffLoadandExperimentsStudiesOllZ—Pinchpla

5、smaPostgraduate：HuangXianbinSupervisor：Prof．WuDengxueConsideringasoneofpossibleintensesoftx—raysradiatedsourcesfromz-pinchplasmaforrealizingcontrolledthermonuclearfusion．Z—pinchplasmaisbeingintensivelystudiedintheworldatpresent．Thisdissertationstressestheexperimentsstudiesonsoftx-ray，plasmad

6、iagnosticsandradiationcharacteristics．Wehavecompletedtwoitemsofwork：(1)designingagas-puffloadsystemusedinz—pinchandmeasuringthecapabilityandflowSimulation；(2)gas—puffz—pinchexperimentswerecarriedoutontheaccelerator“Yang”，usedsomediagnosticdevicessuchasx—raynanosecondframe—camera．x-raypowersy

7、stem，PINdiodearray，atime-resolvedx—raypinholecamera，streakcamera，X-raymulti—channelpowersystem，differentiallaserinterferometryforstudyingthesoftx—rayenergyandpowerradiatedandtheimplosionprocessfromz—pinchplasma．ThisworkwassupportedbytheNationalScie