“贝加尔”(Baikal)装置是当今世界上在建的最大的脉冲功率驱动热核聚变和高能量密度研究装置, 从最初建造“贝加尔”装置概念的提出, 其技术路线和主要参数经历了一系列的发展和演变过程。综合介绍了“贝加尔”装置概念设计提出的历史背景、发展演变过程和目前的研究进展, 描述了“贝加尔”装置的主体性能和技术路线, 着重分析了装置主要部件的结构和性能参数。

介绍了一种用于软X射线辐射能量测量的电阻式薄膜量热计。利用电流的欧姆热效应对薄膜量热计的灵敏度进行了标定。在有基底薄膜的标定过程中, 采用一维热扩散模型, 考虑了金属薄膜向基底的传导热损失。利用电阻式薄膜量热计对聚龙一号装置钨丝阵Z箍缩产生的软X射线进行了测量, 并与平响应X射线二极管(XRD)探测器的测量结果进行了比较。实验结果表明, 电阻式薄膜量热计测量的软X射线辐射能量和辐射功率与平响应XRD探测器结果在测量不确定度范围内合理地一致。

介绍了“聚龙一号”上使用的一种由金阴极X光二极管(XRD)和具有特殊构型的复合金滤片构成的平响应XRD探测器,测量软X光通量的标定和实验情况。该探测器的灵敏度在北京同步辐射的4B7B束线站和4B7A束线站标定。标定的灵敏度显示,该探测器对0.1~4 keV之间的X光具有近似平坦的响应曲线。根据标定情况和探测器的谱响应特性,给出了目前该探测器在用于Z箍缩产生的软X光通量诊断中的测量不确定度为12%。在单层钨丝阵Z箍缩实验中,平响应XRD探测器测得Z箍缩产生的X光功率峰值达到52 TW,能量达540 kJ。在动态黑腔实验中,布置在径向和轴向的两套平响应XRD探测器被用于建立径向辐射功率波形和轴向辐射功率波形之间的时间关联。在典型的动态黑腔实验中,测得轴向辐射功率峰值出现在径向辐射功率前约1.2 ns。

介绍了基于聚龙一号装置的Z箍缩诊断和实验布局,分析了丝数132~300、丝直径5~10 μm、丝阵直径13~30 mm的单/双层钨丝阵Z箍缩内爆动力学过程和软X射线辐射特性规律。研究表明,钨丝阵等离子体的停滞时间与零维薄壳模型计算的停滞时间一致,内爆轨迹存在偏离,丝阵等离子体内爆开始前以丝烧蚀为主,内爆开始时间约为总内爆时间的67%; 随着负载质量和半径的增大,负载电流、内爆停滞时间和X射线辐射脉冲半高宽也相应增加,X射线辐射峰值功率减小。双层钨丝阵的内爆均匀性和一致性优于单层丝阵,其辐射峰值功率明显高于单层钨丝阵,但单/双层钨丝阵辐射产额基本相当,能量转换效率约为15%。此外,还初步讨论了单层钨丝阵驱动的低密度泡沫动态黑腔辐射功率波形特征及其与纯钨丝阵内爆辐射的差异。

利用FOI-PERFECT程序对X箍缩进行了3D数值模拟研究,给出了X箍缩的物理图像和动力学过程,探讨了Z箍缩中出现磁重联的可能性,并指出如果双丝Z箍缩中能够出现磁重联,那么X箍缩是更有利于磁重联出现的位形,并且,X箍缩中出现多重X射线暴的一个可能原因是z轴上多个位置出现磁重联。

采用FOI-PERFECT程序对局域欧姆加热主导的动态烧蚀进行了数值模拟研究,定量诊断并比较了烧蚀率、先驱电流和烧蚀时间,考查烧蚀阶段之初的丝等离子体的直径和丝阵的丝数对烧蚀的影响,结果表明,在等离子体流建立后,随丝数或者丝径的增加,烧蚀率增大,先驱电流减少,烧蚀时间减小。

在装置“阳”加速器上，使用椭圆弯晶谱仪对Al丝阵Z箍缩实验的X射线辐射特性进行了研究。在谱仪结构中，使用椭圆面的晶体作为分光元件，采用PIN阵列作为记录元件实现时间分辨测量，同时用成像板记录时间积分结果。在Al丝阵Ｚ箍缩实验中，获得了时间分辨的Al等离子体Ｋ壳层辐射谱，用基于“碰撞辐射”模型的K壳层线辐射谱分析程序对Al丝阵Z箍缩的实验数据进行了分析，获得了Al丝阵等离子体的时间分辨的电子温度和时空平均的电子数密度参数。

采用针孔配接对数螺线柱面晶体方案，研制了一种小型、靶室内置X射线单色成像器，用于获取Z箍缩等离子体K壳层自辐射单色图像。在阳加速器上对该成像器进行了测试，成功地获取了铝丝阵负载Z箍缩等离子体K壳层自辐射的类氢线与类氦线单色图像。实验结果表明：该成像器具有优异的单色性(能谱带宽小于1 eV)，适合于中低原子序数Z箍缩内爆负载的特征谱线单色图像诊断。

为了诊断Z箍缩等离子体X射线相关信息，利用自聚焦和均匀色散原理，研制了一种新型的均匀色散弯晶谱仪。晶体分析器采用α-石英（1010），布拉格角为43.4°~72.7°，利用有效面积为10 mm×50 mm的X射线胶片接收光谱信号,实验在中国工程物理研究院阳加速器装置上进行，摄谱元件获得了Z箍缩铝丝阵等离子体的类H及类He谱线。实验结果表明：谱线分布遵循均匀色散条件，所研制均匀色散弯晶谱仪线色散率为-116.198 mm/nm，与理论值-120 mm/nm的相对误差为3.168%，能够用于Z箍缩等离子体X射线的光谱学研究。