磁绝缘无损形成过程的理论研究

《磁绝缘无损形成过程的理论研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据DissertationSubmittedforDegreeofDoctorofPhilosophyTheTheoryofFormationProcessofMagneticallyInsulationwithoutSpace-·electronLossFengXiaohuiAdvisor：Academician匦画ProfessorZhangLinwenChinaAcademyofEngineeringPhysics-一2009．6万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行

2、的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者虢删嘲签字嗍碉年r月节日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交国家有关部门或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可以将学位论文全部

3、或部分内容编入有关数据库进行检索，可以影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学位论文作者签签字日期：y叼导师签名：签字日期'’律女年期“日万方数据磁绝缘无损形成过程的理论研究摘要暂停核试验后，加强地面实验能力成为各国核武器研究的一个重点。美国圣地亚国家实验室在上世纪末发现，快z箍缩装置驱动金属丝阵负载可以产生核爆模拟研究所需要的高能量密度物理学实验条件，并且可能相对经济地实现聚变点火。因此，大型快Z箍缩装置的研制成为当今脉冲功率技术领域的热点。磁绝缘传输线(MagneticallyInsulate

4、dTransmissionLine，简称MITL)是大型快Z箍缩装置的关键部件，起着脉冲功率的传输和汇聚作用。MITL在阴极表面发生电子爆炸发射后，仍能够利用传导电流产生的自磁场箍缩在极间运动的电子，使其无法到达阳极，从而确保脉冲功率继续向负载方向传输，功率流密度可达Tw／cm2量级。这一传输过程的物理模型与真空线传输有很大区别，被称为磁绝缘传输。磁绝缘传输理论早在1921年就开始出现，上世纪70至90年代得到很大发展。磁绝缘传输理论包括磁绝缘稳态理论和磁绝缘形成理论两大类，主要根据极间电子的运动轨迹特征

5、来研究磁绝缘传输现象。磁绝缘传输理论不仅用于解释和分析磁绝缘传输现象，还可以帮助建立MITL的电路模型，实现对MITL传输过程的电路模拟。但在MITL电路模型的建模过程中有两个问题没有解决：(1)如何利用现有磁绝缘稳态理论，计算电路模型中的分布参数；(2)如何计算无损磁绝缘形成过程(在磁绝缘形成过程中，没有电子到达阳极表面)导致的MITL传导电流和传导电压变化。本文主要围绕上述两个问题展开研究。首先，作为研究基础，本文从Creedon的磁绝缘稳态层流模型出发，构筑了一个新的变量空间(办，，C．，y)，并在

6、此变量空间中用简单的解析公式描述了磁绝缘稳态下的极间电磁场、电荷密度和电流密度分布。Creedon模型描述了磁绝缘稳态下的传导电流(又称线电流)、传导电压(又称线电压)和阴极表面电流等的关系，并未给出极间电磁场、电荷密度和电流密度的分布规律，因此这一结果完善Creedon的层流模型。利用相关结果，本文模拟计算了z加速器MITL的极间电磁场等参量的分布，所得结果与真空传输状态有很大区别。此外，还利用这些分布公式证明了Creedon层流模型和Mendel层流近似模型这两个磁绝缘稳态模型在物理上具有一致性。Me

7、ndel层流近似模型在工程中应用广泛，是从Mendel关于磁绝缘稳态的任意动量模型近似而来，但Mendel的任意动量模型的建模思想与Creedon层流模型完全不同，因此Mendel层流近似模型与Creedon层流模型是否具有物理一致性，这是已有磁绝缘稳态理论中的一个疑问。第二，利用磁绝缘稳态下极间电磁场在(h，，C．，y)变量空间中的解析表达式，本文研究了MITL电路模型在磁绝缘稳态下的分布电感和分布电容表征问题。研究发现，磁绝缘稳态下的传导电流回路和线电荷分布区随脉冲功率传输状态变化，这与真空传输状万方

8、数据磁绝缘无损形成过程的理论研究态(电流回路和电荷分布区的几何边界固定)完全不同。因此，本文将磁绝缘稳态下的分布电感和分布电容用张量描述，由此从物理上清晰地看到分布电感和分布电容既与磁绝缘稳态的状态参数(线电压和线电流等)有关，又与电流回路和电荷分布区域的几何特征变化有关。不过，用张量去表征分布电感和分布电容不能简化磁绝缘稳态的电路模型，因此本文又在描述电路模型的方程中引入了等效分布电感和等效分布电容两个概念，它们是磁绝缘稳态