鎢絲陣Z箍縮動態(tài)黑腔內爆及輻射特性研究
發(fā)布時間：2020-12-05 02:47
基于快脈沖的絲陣Z箍縮動態(tài)黑腔被認為是一種非常具有前景的X射線間接驅動慣性約束聚變途徑。Z箍縮負載可以將脈沖功率裝置儲存的電能高效地轉換成X射線,因而在慣性約束聚變以及高能量密度等離子體物理研究領域有著廣泛的應用。對于脈沖功率裝置驅動的慣性約束聚變研究而言,多大的驅動能力能產生足夠強的輻射來驅動靶丸內爆實現(xiàn)聚變和高增益,不同驅動裝置脈沖電流波形和幅度對Z箍縮內爆過程及其輻射特性有何種影響,能否通過不同驅動能力的脈沖功率裝置實驗來外推聚變所需條件等是Z箍縮慣性約束聚變研究中重點關注的問題。因此,利用不同電流波形和幅度的脈沖功率裝置開展Z箍縮內爆及黒腔輻射特性的研究,對加深對Z箍縮高溫動態(tài)黑腔輻射場構建及聚變需求條件的理解,發(fā)展具有預測能力的理論和數(shù)值方法,建立可信的物理定標律對Z箍縮慣性約束聚變研究而言具有非常重要的科學意義和實用價值�；谶@一背景,本論文利用我國自主研制的10 MA大電流脈沖功率裝置和各類高時空分辨診斷技術,開展了不同參數(shù)的鎢絲陣Z箍縮及動態(tài)黑腔實驗,結合理論模型對絲陣Z箍縮及動態(tài)黒腔的內爆動力學過程和輻射特性、沖擊波形成與傳播、黒腔輻射溫度演變以及黒腔輻射性能優(yōu)化等物...
【文章來源】：中國工程物理研究院北京市
【文章頁數(shù)】：149 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２磁驅動柱形Ｚ箍縮內爆基本原理??由于絲陣Ｚ箍縮具備產生強Ｘ射線輻射源并具有較高的能量轉換效率，受激光ＩＣＦ??
?鶴絲陣Ｚ箍縮動態(tài)黑腔內爆及轄射特性研究???變科學、極端狀態(tài)材料科學、等離子體物理、實驗室天體物理等多學科交叉領域，同時??在聚變能源研宄領域具有較強的競爭力。??磁驅動柱形Ｚ箍縮內爆基本原理??電能?＾?＾?Ｘ射線??＆擺■固??ＪｘＢ?Ｆｏｒｃｅ??圖１．２磁驅動柱形Ｚ箍縮內爆基本原理??由于絲陣Ｚ箍縮具備產生強Ｘ射線輻射源并具有較高的能量轉換效率，受激光ＩＣＦ??間接驅動概念的啟發(fā)，美國開始研究利用Ｚ箍縮產生的Ｘ射線來加熱黑腔間接驅動ＩＣＦ??靶丸內爆，并先后提出了靜態(tài)壁黑腔１５８］、雙端驅動黑腔［５９］和動態(tài)黑腔［ｎｉ［６Ｑ］［６１］［６６］三種基??于絲陣Ｚ箍縮的間接驅動ＩＣＦ概念。這三種聚變概念均基于Ｚ箍縮在停滯段可將其徑向??動能轉換成Ｘ射線，并且這一過程具有極高的能量轉換效率，其插頭能量到Ｘ射線能??量轉換效率約１５％，轉換獲得的Ｘ射線可用于驅動慣性約束聚變靶丸。其中，靜態(tài)壁??黑腔和雙端Ｚ箍縮驅動黑腔采用二級黑腔辦法，即利用初級黑腔中Ｚ箍縮內爆產生的Ｘ??射線輻射加熱次級黑腔中靶丸。在這兩種途徑的聚變中，二者在構形上的差別主要在于??靜態(tài)壁黑腔僅采用單側的Ｚ箍縮初級黑腔輻射源驅動二級黑腔，而雙端驅動黑腔則是將??兩個內爆Ｚ箍縮初級黑腔輻射源布置于二級黑腔的上下兩端，二者的共同點均是使位于??二級黑腔中心的靶丸不直接受到Ｚ箍縮初級黑腔產生的Ｘ射線輻射，而是讓靶丸受到??由初級電流回流罩和次級腔壁再發(fā)射的Ｘ射線輻照。這實際是Ｚ箍縮間接驅動方式，??可評估次級腔內產生的輻射環(huán)境以及Ｚ箍縮輸出到次級腔內的能量和效率。??Ｄｏｕｂｌｅ－ｅｎｄｅｄ?Ｈｏｈｌｒａｕｍ?ｏｎ?Ｚ?一?Ｈｉｇｈ?
?鶴絲陣Ｚ箍縮動態(tài)黑腔內爆及輻射特性研究???Ｚ箍縮動態(tài)黑腔［６５＿？］主要由絲陣和位于軸線位置嵌入燃料靶丸的中心泡沫圓柱組成，??利用Ｚ箍縮等離子體與泡沫轉換體相互作用，直接將內爆動能轉化為黑腔能量，其結構??緊湊、能量轉換環(huán)節(jié)少，相比單端和雙端黒腔而言，其具有更高的能量轉換效率和較低??的驅動條件需求，是目前利用Ｚ箍縮產生高溫黒腔輻射的首選結構（如圖１．４所示，圖??中同時給出了?Ｚ裝置上利用Ｘ射線背光拍攝的典型靶丸內爆壓縮圖像）。??ｊｙｊａｊｎ?２－Ｄ?Ｘ－ｒａｙ?Ｐｉｎｈｏｌｅ?Ｃａｍｅｒａ?Ｉｍａｇｅｓ?４?￣｜ｗ?１??Ｓｈｏｃｋ??ｗｉｒｅ?ａｒｒａｙｓ?ｌｏｗ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｆｏａｍ?＾?〇?２?＊?ｅ??Ｄｌ？．?（ｍｍ）??圖１．４?Ｚ裝置動態(tài)黒腔示意圖及聚變祀丸內爆圖像??Ｚ箍縮動態(tài)黑腔驅動靶丸內爆的主要物理過程可分為以下四個過程：（１）絲陣等離子??體產生與內爆；（２）絲陣等離子體碰撞泡沫轉換體產生沖擊波；（３）黑腔輻射場形成；（４）??輻射驅動壓縮靶丸。這四個過程的基本內涵可描述為：（１）單層絲陣或嵌套絲陣在強電流??驅動下燒蝕汽化產生等離子體，并在強電流產生的洛倫茲力作用下加速等離子體高速向??心內爆運動，當絲陣等離子體高速運動到內置于軸心的低密度泡沫轉換體時二者發(fā)生碰??撞，絲陣等離子體的動能轉換為熱能；（２）絲陣等離子體與泡沫轉換體碰撞后，一方面在??其泡沫體表層附近形成高溫高密度殼層，另一方面通過碰撞在泡沫轉換體內產生向軸心??傳播的強沖擊波和強輻射；強沖擊波在泡沫轉換體內傳播過程中，波陣面上的物質被快??速熱化，電子溫度升高引起的強輻射向沖擊波以外的區(qū)域輸
本文編號：2898722
【文章來源】：中國工程物理研究院北京市
【文章頁數(shù)】：149 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２磁驅動柱形Ｚ箍縮內爆基本原理??由于絲陣Ｚ箍縮具備產生強Ｘ射線輻射源并具有較高的能量轉換效率，受激光ＩＣＦ??
?鶴絲陣Ｚ箍縮動態(tài)黑腔內爆及轄射特性研究???變科學、極端狀態(tài)材料科學、等離子體物理、實驗室天體物理等多學科交叉領域，同時??在聚變能源研宄領域具有較強的競爭力。??磁驅動柱形Ｚ箍縮內爆基本原理??電能?＾?＾?Ｘ射線??＆擺■固??ＪｘＢ?Ｆｏｒｃｅ??圖１．２磁驅動柱形Ｚ箍縮內爆基本原理??由于絲陣Ｚ箍縮具備產生強Ｘ射線輻射源并具有較高的能量轉換效率，受激光ＩＣＦ??間接驅動概念的啟發(fā)，美國開始研究利用Ｚ箍縮產生的Ｘ射線來加熱黑腔間接驅動ＩＣＦ??靶丸內爆，并先后提出了靜態(tài)壁黑腔１５８］、雙端驅動黑腔［５９］和動態(tài)黑腔［ｎｉ［６Ｑ］［６１］［６６］三種基??于絲陣Ｚ箍縮的間接驅動ＩＣＦ概念。這三種聚變概念均基于Ｚ箍縮在停滯段可將其徑向??動能轉換成Ｘ射線，并且這一過程具有極高的能量轉換效率，其插頭能量到Ｘ射線能??量轉換效率約１５％，轉換獲得的Ｘ射線可用于驅動慣性約束聚變靶丸。其中，靜態(tài)壁??黑腔和雙端Ｚ箍縮驅動黑腔采用二級黑腔辦法，即利用初級黑腔中Ｚ箍縮內爆產生的Ｘ??射線輻射加熱次級黑腔中靶丸。在這兩種途徑的聚變中，二者在構形上的差別主要在于??靜態(tài)壁黑腔僅采用單側的Ｚ箍縮初級黑腔輻射源驅動二級黑腔，而雙端驅動黑腔則是將??兩個內爆Ｚ箍縮初級黑腔輻射源布置于二級黑腔的上下兩端，二者的共同點均是使位于??二級黑腔中心的靶丸不直接受到Ｚ箍縮初級黑腔產生的Ｘ射線輻射，而是讓靶丸受到??由初級電流回流罩和次級腔壁再發(fā)射的Ｘ射線輻照。這實際是Ｚ箍縮間接驅動方式，??可評估次級腔內產生的輻射環(huán)境以及Ｚ箍縮輸出到次級腔內的能量和效率。??Ｄｏｕｂｌｅ－ｅｎｄｅｄ?Ｈｏｈｌｒａｕｍ?ｏｎ?Ｚ?一?Ｈｉｇｈ?
?鶴絲陣Ｚ箍縮動態(tài)黑腔內爆及輻射特性研究???Ｚ箍縮動態(tài)黑腔［６５＿？］主要由絲陣和位于軸線位置嵌入燃料靶丸的中心泡沫圓柱組成，??利用Ｚ箍縮等離子體與泡沫轉換體相互作用，直接將內爆動能轉化為黑腔能量，其結構??緊湊、能量轉換環(huán)節(jié)少，相比單端和雙端黒腔而言，其具有更高的能量轉換效率和較低??的驅動條件需求，是目前利用Ｚ箍縮產生高溫黒腔輻射的首選結構（如圖１．４所示，圖??中同時給出了?Ｚ裝置上利用Ｘ射線背光拍攝的典型靶丸內爆壓縮圖像）。??ｊｙｊａｊｎ?２－Ｄ?Ｘ－ｒａｙ?Ｐｉｎｈｏｌｅ?Ｃａｍｅｒａ?Ｉｍａｇｅｓ?４?￣｜ｗ?１??Ｓｈｏｃｋ??ｗｉｒｅ?ａｒｒａｙｓ?ｌｏｗ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｆｏａｍ?＾?〇?２?＊?ｅ??Ｄｌ？．?（ｍｍ）??圖１．４?Ｚ裝置動態(tài)黒腔示意圖及聚變祀丸內爆圖像??Ｚ箍縮動態(tài)黑腔驅動靶丸內爆的主要物理過程可分為以下四個過程：（１）絲陣等離子??體產生與內爆；（２）絲陣等離子體碰撞泡沫轉換體產生沖擊波；（３）黑腔輻射場形成；（４）??輻射驅動壓縮靶丸。這四個過程的基本內涵可描述為：（１）單層絲陣或嵌套絲陣在強電流??驅動下燒蝕汽化產生等離子體，并在強電流產生的洛倫茲力作用下加速等離子體高速向??心內爆運動，當絲陣等離子體高速運動到內置于軸心的低密度泡沫轉換體時二者發(fā)生碰??撞，絲陣等離子體的動能轉換為熱能；（２）絲陣等離子體與泡沫轉換體碰撞后，一方面在??其泡沫體表層附近形成高溫高密度殼層，另一方面通過碰撞在泡沫轉換體內產生向軸心??傳播的強沖擊波和強輻射；強沖擊波在泡沫轉換體內傳播過程中，波陣面上的物質被快??速熱化，電子溫度升高引起的強輻射向沖擊波以外的區(qū)域輸
本文編號：2898722
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