强激光与粒子束
2020, 32(3): 035002
Author Affiliations
Abstract
1 Blackett Laboratory, Department of Physics, Imperial College, London SW7 2AZ, United Kingdom
2 Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester, Rochester, New York 14623-1299, USA
3 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, Shaanxi 710049, China
Fast Z-pinches, plasma implosions driven by MA-level ～100-ns duration current pulses, are an active research area with applications to a broad range of High Energy Density Physics studies, including investigations of properties of materials at extreme pressures,1 opacities of various plasmas at conditions found in stellar interiors,2 and scaled modelling of astrophysical magnetohydrodynamics.3 The ability of fast Z-pinches to generate extremely bright pulses of X-ray radiation is of significant interest for Inertial Confinement Fusion (ICF) studies. The highest X-ray powers and yields are achieved using wire-array Z-pinch loads, which are capable of generating 2-MJ, 250-TW,<10-ns X-ray pulses at the largest currently operating pulsed power facility, the 25-MA Z machine at Sandia National Laboratories (New Mexico, USA). The physics of wire-array loads continue to attract significant interest from the Z-pinch community, with research aiming to further improve their operation.
Matter and Radiation at Extremes
2019, 4(6): 063001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi’an Jiaotong University, Shaanxi 710049, China
2 State Key Laboratory of Intense Pulsed Radiation Simulation and Effect, Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi’an 710024, China
The dynamics of wire array Z pinches are greatly affected by the initial state of the wires, which can be preconditioned by a prepulse current. Recent advances in experimental research on preconditioned wire array Z pinches at Xi’an Jiaotong University are presented in this paper. Single-wire explosion experiments were carried out to check the state of the preconditioning and to obtain the current parameters needed for wire gasification. Double-wire explosion experiments were conducted to investigate the temporal evolution of the density distribution of the two gasified wires. Based on the results of these experiments, a double-pulse Z-pinch facility, Qin-1, in which a 10 kA prepulse current was coupled with the 0.8 MA main current was designed and constructed. Wire arrays of different wire materials, including silver and tungsten, can be preconditioned by the prepulse current to a gaseous state. Implosion of the two preconditioned aluminum wires exhibited no ablation and little trailing mass.
Matter and Radiation at Extremes
2019, 4(3): 036201
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
针对灯箱中反射器的设计和运行情况，设计实验量化了反射器对氙灯辐射和钕玻璃荧光效率的影响。氙灯辐射由强流管测量的氙灯辐射波形和能量计测量的辐射能量获得；钕玻璃荧光由自主设计的荧光测量系统获得；同时，使用高速摄影仪对放电通道进行观测。实验发现，反射器在此次实验条件下可以提高氙灯辐射效率89%，提高钕玻璃荧光效率78%。而且，实验发现工程运行中氙灯“发白”，是反射器引导氙灯放电通道在靠近反射器一侧形成，导致该处过度烧蚀的结果。
反射器 氙灯辐射 荧光 放电通道 reflector flash lamp radiation fluorescence discharge channel 强激光与粒子束
2018, 30(3): 032001
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
3 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所, 上海 201800
脉冲氙灯作为放大器的泵浦源, 其泵浦效率直接影响放大器效率。环形氙灯被证明是一种有望提高泵浦效率,并代替目前直管氙灯工作的新型氙灯。针对不同气压、不同结构的环形氙灯, 通过实验研究了气压和内径对环形氙灯放电特性、光效特性以及爆炸特性的影响。结果表明, 增加环形氙灯气压和内径可提高其光学效率, 被泵浦钕玻璃的荧光最大可提高峰值22.3%, 积分值15.7%。但是, 增加气压和内径会降低环形氙灯的热负载能力。实验发现气压为26 664 Pa, 内径为30 mm的环形氙灯拥有最佳光效并能通过寿命测试。
环形氙灯 气压 内径 光效 爆炸特性 annular flash lamp pressure internal diameter radiation efficiency explosion characteristic 强激光与粒子束
2018, 30(2): 022001
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 710049
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所，上海201800
针对脉冲氙灯的结构，探索了一种新型的环形截面氙灯以获得更高的泵浦效率。环形截面氙灯内嵌空气玻璃管，拥有中空的新结构，对脉冲氙灯放电特性产生了新的影响，进一步影响了泵浦效率。实验对比了传统氙灯和环形截面氙灯的放电特性、辐射以及钕玻璃的荧光输出。实验结果表明：新型的环形截面氙灯拥有较高的电阻，较低的放电电流与进灯能量，辐射效率和钕玻璃荧光输出分别提高了3%~4%和2%~3%。
环形截面氙灯 电流面密度 能量 辐射 荧光输出 air bubble flash lamp current areal density energy radiation fluorescence 强激光与粒子束
2015, 27(9): 092006
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室， 西安 710049
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所， 上海 201800
脉冲氙灯作为固体激光器的泵浦源，是激光惯性约束聚变装置中重要的光学器件。针对脉冲氙灯的电流尾部开展了截断技术研究，实现了脉冲氙灯电流尾部的截断。研究了电流尾部截断技术对脉冲氙灯放电通道、外壁温度、冲击波产生的振动和钕玻璃荧光输出的影响。研究发现氙灯电流尾部被截断后有效地减弱了等离子体对氙灯内壁的作用，导致氙灯外壁温升降低，从而提高了氙灯寿命。而电流截断产生的冲击波对氙灯并无影响，但过多的截断会降低钕玻璃荧光输出。
脉冲氙灯 电流尾部截断 放电通道 温升 冲击波 荧光输出 xenon flashlamp cutting current tail discharge channel temperature rise shock wave fluorescence output 强激光与粒子束
2014, 26(9): 092004
电力设备与电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
针对铝单丝Z箍缩负载, 计算其可形成金属蒸气而不形成核冕等离子体的电路和负载参数范围。提出了铝丝电爆炸形成金属蒸气的能量沉积判据和击穿电压判据; 建立了热动力学模型, 选取电路参数使得金属丝气化时放电回路电流恰好迅速下降, 从而避免发生电压击穿。计算了典型电路下的负载电流、电压、电阻及沉积能量的变化曲线, 并分析了回路总电感、充电电压以及负载丝长度、直径对其的影响规律。计算结果表明: 当储能电容为150 pF、充电电压为65 kV、回路电感为300 nH时, 可驱动直径20 μm、长2 cm的铝丝电爆炸形成铝丝蒸气。快电流前沿、小丝直径和较短的丝长度有助于提高负载中的单位质量沉积能量, 容易电爆炸形成金属蒸气负载。
Z箍缩等离子体 铝丝电爆炸 核冕结构 金属蒸气 电压击穿 Z pinch plasmas aluminum exploding wire core-corona structure metal vapor voltage breakdown 强激光与粒子束
2014, 26(2): 025003
1 西安交通大学 电气工程学院, 西安 710049
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
研究了高功率脉冲氙灯放电过程中等离子体通道的演化规律。分析了充电电压、主脉冲脉宽及主预脉冲时间间隔等对等离子体通道的影响规律。实验过程中在脉冲氙灯接地端子附近观察到了明显的等离子体通道分叉现象。研究发现, 脉冲氙灯工作环境中的电场分布对氙灯内等离子体通道的形成与演化特性将产生十分重要的影响, 其决定了等离子体通道的形态。其他影响因素则通过改变放电通道的亮度、均匀度与充盈度等特征施加其影响。
脉冲氙灯 脉冲功率 等离子体放电通道 国家点火装置 pulsed xenon flashlamp pulse power plasma channel National Ignition Facility
