基于前沿约100 ns、电流约100 kA的快前沿直线脉冲变压器(FLTD)平台, 开展了单丝电爆炸相关实验研究。围绕FLTD平台搭建了激光探针和可见光分幅相机等离子体图像诊断系统, 采用可见光PIN和XRD分别测量了单丝电爆炸的辐射特性。实验获得了不同时刻对应的W丝(15 μm)和镀膜W丝(15 μm W+2μm 聚胺亚胺)电爆炸的物理图像, 呈现了两种情况下金属丝融蚀过程以及等离子体不稳定性发展的过程。实验结果表明, 镀膜能够增加电流初始阶段的能量馈入, 进而改善金属丝的电爆炸特性。

电子束焦斑偏离轴线中心的现象严重影响器件辐射效应实验的效率.介绍了一种简单有效的抑制电子束焦斑偏心的方法,研制了一种小尺寸不锈钢阴极,比较了不锈钢阴极和传统环形天鹅绒阴极在“强光一号”装置上的实验结果.实验结果表明对于小尺寸不锈钢阴极,最大辐射剂量位于靶面中心的概率为67%,位于35 mm圆圈内的概率为100%.相比传统环形天鹅绒阴极(最大剂量落于中心位置的概率约20%,有60%以上概率偏离中心2~3 cm)的实验统计数据,焦斑的偏心现象得到明显的抑制.

薄膜量热计和闪烁探测系统是国内常用于Z箍缩辐射总能量测量的两种诊断手段。 两种方法基于完全不同的诊断原理, 通过对比其诊断结果可以提高Z箍缩X射线总能量测量的精度, 加深对Z箍缩的理解。 采用上述两种诊断装置对“强光一号”加速器Z箍缩实验中多种材料和构型的负载辐射总能量进行了测量。 结果表明, 对于Al丝阵负载, 无论是单排还是双排平面丝阵, 随着负载参数的变化, 两种手段总能量测量结果均发生改变且呈正比, 二者符合较好; 但对于镀膜W丝阵两种方法的诊断结果差异较为明显, 随着丝间距的增大, 量热计测量结果明显减小, 但闪烁探测系统的测量结果却变化较小, 二者不再呈比例关系。 通过模拟计算对产生上述现象的原因进行了分析, 可以得出如下结论: (1)闪烁探测系统对低能光子响应较高, 且响应能谱范围较量热计宽, 因此所有的总能量测量结果比量热计测量结果略大; (2)Al丝阵等离子体辐射能谱分布范围较宽, 主要辐射能段处于两种测量手段响应都比较平坦的区间内, 因此两种手段测量结果符合较好; (3)W丝阵辐射主要集中在1 keV以下的软X射线能段, 处于镍薄膜全吸收范围内, 因此量热计测量结果应该是比较准确的; (4)对于闪烁探测系统测量结果对镀膜W丝阵负载参数不敏感的现象, 一种可能的解释是: 随着W丝阵丝间距增大, 等离子体滞止时刻的温度减低, 导致能谱软化, 但辐射谱型向闪烁体灵敏度较高的方向移动。 因此虽然总能量降低了, 但闪烁探测系统的测量结果变化却不大; (5)辐射中电子的影响同样不可忽视。

“强光一号”等离子体断路开关(POS)及负载二极管系统工作性能不够稳定, 通过分析数据指出POS等离子体源参数差异性是导致系统不稳定的主要原因。POS等离子体源参数重复性测量结果表明, 在开关断路时刻等离子体源瞬时发射等离子体密度重复性极差在10%左右, 而开关区间累积等离子体密度极差超过100 %。开关区间累积等离子体密度和阴极重粒子发射会对POS断路性能产生显著影响。计算表明开关区间累积等离子体密度差异对POS断路电流阈值影响达到200 kA, 与运行数据统计结果一致; 在断路电流阈值相同的条件下, 阴极物质逸出对二极管电压影响显著, MCNP程序计算结果表明, 产生辐射剂量差别可以达到80%, 与统计数据相当。

在“强光一号”装置上研究了表面绝缘对平面钨丝阵早期过程的影响。通过对实验结果的唯象分析，发现相对于标准丝阵，表面绝缘丝阵X射线辐射被强烈延迟，并与丝阵宽度有较强的依赖关系，在X射线辐射之前存在较强的阴极发射; 表面绝缘丝阵X射线辐射副脉冲幅值是标准丝阵两倍，且存在较长的平台期，其单丝等离子体膨胀导致的温度降低效应比标准丝阵强; 在快速内爆开始之前，两者形成了类似的宏观磁流体不稳定性结构。

利用“强光一号”装置开展了排宽度6~24 mm、丝根数10~34、不同参数的单排平面型铝丝阵Z箍缩实验研究,重点研究了不同负载参数下平面型丝阵Z箍缩内爆、辐射特性随负载参数的变化规律。结果表明：平面型丝阵负载内爆过程存在先驱等离子体柱、拖尾质量等,并伴随着R-T不稳定性；在滞止后期等离子体箍缩柱受扭曲不稳定性影响明显；不同参数负载聚爆时间取决于线质量与排宽度平方的乘积值；以辐射能衡量的最优化值应位于200~400 μg·cm之间,在相同值下丝间距应选择在1 mm以下为宜。实验获得的平面型铝丝阵最大X射线辐射能量22 kJ,峰值功率630 GW,最大K层辐射能量3.9 kJ,K层辐射功率158 GW。

针对堆栈式六间隙串联气体开关，建立了6个放电间隙的光信号测量系统，实验获得了不同触发电压和气压时开关统计时延和形成时延的变化规律。统计时延占总时延约42%，形成时延占总时延约58%，触发电极相邻的两个间隙击穿时延占总时延约75%，是开关触发时延的主要组成部分。利用四分幅纳秒高速相机拍摄开关的放电通道图像，初步分析了放电通道的形成和变化过程，得到了不同实验条件下放电通道数量的变化规律。开关最底部间隙可以形成多通道放电，其他间隙以单通道为主。随着触发电压提高，触发间隙的放电通道数量明显增加，但是其他间隙变化不大。在放电过程中，没有观察到放电通道合并或熄灭的现象，间隙击穿后仍然有可能形成新的放电通道。

薄膜量热计是进行Z箍缩辐射总能量测量的主要手段之一，准确可信的总能量参数对Z箍缩研究具有重要意义。对薄膜量热计装置进行技术改进，采用脉冲恒流源代替脉冲恒压源驱动镍薄膜量热计，撤除了回路中的串接电阻，可直接测量薄膜探测器的电阻变化，从而有效提高了辐射总能量测量的精度，拓宽了该设备的适用范围，使其可对目前“强光一号”加速器Z箍缩实验中所有典型负载进行测量。改进后平面型铝丝阵负载实验中总能量测量的相对不确定度由49.0%降低为19.6%。与闪烁探测系统功率测量结果积分值进行了对比，二者比值在0.87~1.04之间。

研制了一种用于磁绝缘传输线(MITL)电流测量的差模式B-dot探头; 利用PSpice商用软件和标定实验数据，建立了该探头等效电路模型，给出了探头系统传递函数，并分析了探头频率响应特性。计算结果表明，该探头对于被测信号大于2.5 MHz频率分量部分的相频响应基本保持不变，而幅频响应曲线呈较好的直线性。该探头已用于强光一号1.0 m长、2 cm阴阳极间隙的同轴型MITL电流传输特性研究实验，并获得了较好的测量波形。测量结果表明：短路负载条件下，传输线沿线不同位置B-dot 电流测量结果基本相同，峰值电流约1.0 MA、峰值时间约125 ns。即传输线沿线电流损失几乎可以忽略，该实验结果与短路负载MITL工作特性理论较好地吻合。

针对“强光一号”加速器(约1.5 MA，80～100 ns)Z箍缩铝丝阵实验设计和研制了一套弯晶谱仪，采用邻苯二甲酸氢铊(TlAP)晶体对辐射能谱进行色散，用X射线胶片记录连续辐射谱型，谱仪测谱范围为1.8～3.0 keV。以第10084发次平面型铝丝阵负载实验为例，获得了具有轴向分辨的时间积分辐射谱型，对其中某一热斑处的数据进行处理得到了该区域等离子体时间积分电子温度约为520(1±35%)eV。