利用FCM-PTS程序与负载动力学程序耦合模拟研究了聚龙一号装置中主开关导通时刻对Z箍缩实验中负载电流峰值和上升时间的影响。结果表明, 虽然聚龙一号装置上下支路三平板传输线的单向传输时间相差20 ns, 但是当上下支路主开关导通时刻的时间差为22 ns时, 负载电流的峰值最大, 上升时间最短。将上下支路主开关导通时刻的时间差设置为20 ns和22 ns时, 主开关导通时刻10 ns的抖动导致负载电流峰值损失最大值分别为163 kA和136 kA, 上升时间最多分别延长2.4 ns和2.9 ns。

Dense Z-pinch plasmas are powerful and energy-efficient laboratory sources of X-rays, and show the possibility to drive inertial confinement fusion (ICF). Recent advances in wire-array Z-pinch and Z-pinch dynamic hohlraum (ZPDH) researches at the Institute of Applied Physics and Computational Mathematics are presented in this paper. Models are setup to study different physical processes. A full circuit model (FCM) was used to study the coupling between Z-pinch implosion and generator discharge. A mass injection model with azimuthal modulation was setup to simulate the wire-array plasma initiation, and the two-dimensional MHD code MARED was developed to investigate the Z-pinch implosion, MRT instability, stagnation and radiation. Implosions of nested and quasi-spherical wire arrays were also investigated theoretically and numerically. Key processes of ZPDH, such as the arrayefoam interaction, formation of the hohlraum radiation, as well as the following capsule ablation and implosion, were analyzed with different radiation magneto-hydrodynamics (RMHD) codes. An integrated 2D RMHD simulation of dynamic hohlraum driven capsule implosion provides us the physical insights of wire-array plasma acceleration, shock generation and propagation, hohlraum formation, radiation ablation, and fuel compression.

为方便描述聚龙一号装置与Z箍缩负载的电磁耦合过程, 基于大量电参数实验数据和全电路模拟分析, 建立了一个简化的集总电路模型, 获得了等效电压波形和等效电阻、电感等集**量。采用水介质三板输出线出口位置的开路电压作为等效电压, 进一步拟合为正弦平方函数, 峰值为3.3 MV(当前驱动器充压为65 kV), 零到峰值的时间长度为102.5 ns。采用简化的流阻抗模型描述磁绝缘传输线内部空间电子流的电流损失效应。将电路程序与零维负载动力学程序耦合模拟, 得到了与实验结果符合的负载电流波形, 尤其电流波形的前沿和峰值符合较好, 分析了电磁能转化为负载动能的过程。

为研究聚龙一号驱动器内部电磁脉冲的形成与传输规律,优化调节其运行状态,获得满足负载设计需求的电流波形,建立了描述驱动器各关键部件充放电过程的全电路数值模拟程序。该程序与负载动力学程序耦合模拟,能够在一定范围内得到与实验结果符合较好的电压和电流波形。在典型的丝阵Z箍缩实验条件下,模拟分析了各段水介质传输线上电磁脉冲宽度逐级压缩,功率逐级放大的过程,驱动器充压65 kV时,大约1 MJ的电磁能量传输到绝缘堆位置。在典型的磁驱动准等熵压缩实验条件下,模拟分析了激光触发气体开关对驱动器24路模块分时放电的控制过程,模拟的0121发实验负载区电流上升时间(0~100%)为450 ns、峰值约6 MA。

将负载区域的电流（丝阵电流、阴极板电流、阳极板电流和回流柱电流）离散成电流线或电流面等电流微元，根据毕奥萨伐尔定律，计算所有电流微元在指定场点的磁场，再通过叠加给出该点的总磁场。研究结果发现:在丝阵外围区域，仅由丝阵电流所产生的磁场偏离无限长直导线磁场公式的值，但全部电流所产生的总磁场与公式给出的值很接近。同时，研究了不同负载结构参数下的磁场分布，结果表明：增加丝根数有助于减小单根丝表面的局部磁场，改善丝阵外围磁场分布的均匀性。

利用基于细致组态非平衡电离模型和非平衡辐射输运的辐射磁流体力学理论,用数值模拟的方法研究了铝丝阵Z箍缩的内爆过程和辐射特性,获得到了合理的内爆动力学图像和与实验结果基本符合的X光辐射功率和总能量等辐射参数,并研究了铝丝阵Z箍缩过程中产生的辐射能谱结构。结果表明:铝丝阵Z箍缩内爆X光辐射是非平衡的,除了存在可以用普朗克能谱近似描述的低能辐射外,还存在大量的K壳层高能辐射。讨论了各种辐射机制对总辐射的贡献,分别计算了线辐射、复合辐射和轫致辐射在各个光子能量范围内所占的份额,讨论了利用高能段连续辐射能谱诊断电子温度的方法,由能谱反推的电子温度,需要进行修正才能反映辐射吸收的影响。