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(qū)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(zhuǎn)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(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。對于脈沖功率裝置驅(qū)動的慣性約束聚變研究而言,多大的驅(qū)動能力能產(chǎn)生足夠強的輻射來驅(qū)動靶丸內(nèi)爆實現(xiàn)聚變和高增益,不同驅(qū)動裝置脈沖電流波形和幅度對Z箍縮內(nèi)爆過程及其輻射特性有何種影響,能否通過不同驅(qū)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(guān)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(nèi)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(gòu)建及聚變需求條件的理解,發(fā)展具有預(yù)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(xué)意義和實用價值。基于這一背景,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(shù),開展了不同參數(shù)的鎢絲陣Z箍縮及動態(tài)黑腔實驗,結(jié)合理論模型對絲陣Z箍縮及動態(tài)黒腔的內(nèi)爆動力學(xué)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(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２磁驅(qū)動柱形Ｚ箍縮內(nèi)爆基本原理??由于絲陣Ｚ箍縮具備產(chǎn)生強Ｘ射線輻射源并具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，受激光ＩＣＦ??

?鶴絲陣Ｚ箍縮動態(tài)黑腔內(nèi)爆及轄射特性研究???變科學(xué)、極端狀態(tài)材料科學(xué)、等離子體物理、實驗室天體物理等多學(xué)科交叉領(lǐng)域，同時??在聚變能源研宄領(lǐng)域具有較強的競爭力。??磁驅(qū)動柱形Ｚ箍縮內(nèi)爆基本原理??電能?＾?＾?Ｘ射線??＆擺■固??ＪｘＢ?Ｆｏｒｃｅ??圖１．２磁驅(qū)動柱形Ｚ箍縮內(nèi)爆基本原理??由于絲陣Ｚ箍縮具備產(chǎn)生強Ｘ射線輻射源并具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，受激光ＩＣＦ??間接驅(qū)動概念的啟發(fā)，美國開始研究利用Ｚ箍縮產(chǎn)生的Ｘ射線來加熱黑腔間接驅(qū)動ＩＣＦ??靶丸內(nèi)爆，并先后提出了靜態(tài)壁黑腔１５８］、雙端驅(qū)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(qū)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(zhuǎn)換成Ｘ射線，并且這一過程具有極高的能量轉(zhuǎn)換效率，其插頭能量到Ｘ射線能??量轉(zhuǎn)換效率約１５％，轉(zhuǎn)換獲得的Ｘ射線可用于驅(qū)動慣性約束聚變靶丸。其中，靜態(tài)壁??黑腔和雙端Ｚ箍縮驅(qū)動黑腔采用二級黑腔辦法，即利用初級黑腔中Ｚ箍縮內(nèi)爆產(chǎn)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(gòu)形上的差別主要在于??靜態(tài)壁黑腔僅采用單側(cè)的Ｚ箍縮初級黑腔輻射源驅(qū)動二級黑腔，而雙端驅(qū)動黑腔則是將??兩個內(nèi)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(chǎn)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(qū)動方式，??可評估次級腔內(nèi)產(chǎn)生的輻射環(huán)境以及Ｚ箍縮輸出到次級腔內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)換體相互作用，直接將內(nèi)爆動能轉(zhuǎn)化為黑腔能量，其結(jié)構(gòu)??緊湊、能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率和較低??的驅(qū)動條件需求，是目前利用Ｚ箍縮產(chǎn)生高溫黒腔輻射的首選結(jié)構(gòu)（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(nèi)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(nèi)爆圖像??Ｚ箍縮動態(tài)黑腔驅(qū)動靶丸內(nèi)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(chǎn)生與內(nèi)爆；（２）絲陣等離子體碰撞泡沫轉(zhuǎn)換體產(chǎn)生沖擊波；（３）黑腔輻射場形成；（４）??輻射驅(qū)動壓縮靶丸。這四個過程的基本內(nèi)涵可描述為：（１）單層絲陣或嵌套絲陣在強電流??驅(qū)動下燒蝕汽化產(chǎn)生等離子體，并在強電流產(chǎn)生的洛倫茲力作用下加速等離子體高速向??心內(nèi)爆運動，當絲陣等離子體高速運動到內(nèi)置于軸心的低密度泡沫轉(zhuǎn)換體時二者發(fā)生碰??撞，絲陣等離子體的動能轉(zhuǎn)換為熱能；（２）絲陣等離子體與泡沫轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換體內(nèi)產(chǎn)生向軸心??傳播的強沖擊波和強輻射；強沖擊波在泡沫轉(zhuǎn)換體內(nèi)傳播過程中，波陣面上的物質(zhì)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


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