强激光与粒子束
2023, 35(2): 025003
强激光与粒子束
2021, 33(1): 012002
中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621999
基于一维弹塑性磁流体力学程序(SSS-MHD),研究了反场构型(FRC)等离子体靶在磁驱动固体套筒压缩过程中强磁场对α粒子能量约束效应,分析了α粒子的非局域和局域自加热对FRC等离子靶压缩峰值温度的影响,以及α粒子能量在整个压缩过程中端部损失效应。等离子体部分采用多温单流体的模型,能量的计算中引入了DT离子、电子及α粒子多成分温度的能量方程,同时考虑了等离子体压缩过程热平衡下的核反应和非局域自加热问题。研究结果表明,磁化靶聚变等离子体在压缩过程中具有较好的稳定性,能够保持刚性转子的靶结构,压缩过程形成的强磁场能够将α粒子的能量约束在O点附近的区域,有利于等离子体靶的点火及燃烧;α粒子对等离子体的自加热效应主要集中在等离子体电流中心区,而非等离子体中心轴处;α粒子对DT等离子体局域和非局域自加热过程存在差异,局域自加热过程的功率大于非局域自加热过程的功率,FRC等离子靶压缩峰值状态温度相差0.5倍。在反场构型的刮离层区,α粒子的能量端部损失在FRC等离子体靶的压缩和膨胀过程中逐渐增大。
固体套筒内爆 强磁场 α粒子 端部效应 imploding of solid liner compressed magnetic field alpha particles end effect 强激光与粒子束
2019, 31(12): 125002
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
主要探讨了夹断开关对“荧光-1”实验装置输出电流特性的影响,利用Pspice软件对其在装置中起到的作用进行功能建模并分析其参数影响,同时开展初步调试实验并分析多组夹断开关导通性能及其同步性对负载电流的影响。仿真与实验结果表明:夹断开关可有效改善负载电流脉宽,可使脉宽从原有3 μs展宽至100 μs,其导通电阻与电感参数均能明显影响电流幅值与脉宽。由实验波形结合仿真可知,夹断开关实际导通电阻约4 mΩ,两支路耦合电感分别约为60,125 nH,调试结果验证了夹断开关功能建模的正确性及其对脉宽展宽的有效性。
分时放电 反场构形 夹断开关 磁化靶聚变 program-discharged field reversed configuration crowbar switch magnetized target fusion 强激光与粒子束
2018, 30(5): 055001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
固体套筒内爆是采用实验方法研究高能量密度状态下的材料力学性能的重要加载手段之一,国内已经建立起若干开展电磁内爆研究的驱动器。从电流脉冲前沿对固体套筒内爆性能影响的角度进行分析,为如何选择现有的实验装置开展固体套筒内爆实验研究提供依据。采用不可压缩零维模型进行计算,获得了套筒内爆速度受套筒尺寸、电流幅值以及电流脉冲前沿的影响情况。计算结果表明,开展固体套筒内爆的实验研究应选择电流脉冲前沿大于2 μs的装置,这也为未来设计驱动能力更强的固体套筒内爆实验装置奠定了基础。
固体套筒 内爆 脉冲功率技术 solid liner implosion pulsed power technology 强激光与粒子束
2017, 29(10): 105002
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
“荧光-1”是一套分时放电的大电流脉冲功率实验装置,主要用于反场构形预加热磁化等离子体靶(FRC)形成的物理过程、高温高密度磁化等离子体约束特性等研究,未来可作为磁化靶聚变研究的等离子体注入器。主要介绍该实验装置的构成及其调试实验结果,并简要描述在该装置上开展的FRC等离子体靶初步物理实验进展。调试实验结果表明,“荧光-1”实验装置初始磁场、磁镜、气体电离、θ箍缩分系统的放电电流/磁场或感应电场可分别达到110 kA/0.3 T,10 kA/1.2 T,400 kA/0.25 kV/cm,1.7 MA/3.4 T。初步物理实验获得的FRC等离子体靶参数为: 靶分界面半径约4 cm、等离子体密度3.5×1016 cm-3、等离子体温度约200 eV、靶寿命约3 μs,同时清晰地观察到了FRC靶形成物理过程。分幅相机获取图像与二维磁流体程序计算图像基本吻合,验证了该装置的物理设计思路,也展示了该装置具备的物理实验能力。
脉冲功率 反场构形 磁化等离子体 磁化靶聚变 pulsed power field reversed configuration magnetized plasma magnetized target fusion 强激光与粒子束
2017, 29(9): 095001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
以聚龙一号装置为驱动源,分别结合理论计算和电路模拟,开展了磁驱动平面加载实验设计和样品加载路径控制,实现了高电导率无氧铜(OFHC)材料的准等熵压缩。实验中采用现有的波剖面测量实验技术成功测量了两个不同厚度OFHC样品/LiF窗口材料的界面速度历史,再结合Lagrange分析和反积分计算,成功获取了铜直到100 GPa的准等熵压缩参考线,与国外公布的SESAME数据线符合较好。
准等熵压缩 聚龙一号 电流波形调节 quasi-isentropic compression OFHC OFHC PTS current pulse shaping 强激光与粒子束
2016, 28(5): 055010
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
准等熵压缩实验技术已用来研究材料在高压下的状态方程。基于聚龙一号装置平台, 实现对样品的准等熵压缩和超高速飞片发射, 进行了一系列实验来加深对负载构型的理解。通过对负载结构的设计, 研究了构设电极尺寸与电极间隙对磁应力的大小与分布的影响。基于模拟和实验结果, 带状线负载结构可以很好地提高磁压和提升装置的运行水平, 其电极表面磁压分布也具有良好的均匀性和平面性。目前为止, 已经可以用带状线负载在聚龙一号装置上获得峰值压力高达约100 GPa的准等熵压缩, 并获得速度超过10 km/s的超高速飞片。
准等熵 超高速飞片 负载结构 磁压 isentropic compression hyper-velocity load configuration magnetic pressure 强激光与粒子束
2016, 28(1): 015015
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
基于单粒子理论模型及积分算法,编写了单粒子轨道数值模拟程序——ALFA,分析了柱形和球形两种边界位形磁化等离子体靶中非热α粒子通过库仑碰撞对D-T等离子体加热的能量沉积率。在均匀背景磁场及相同的D-T等离子体密度、温度条件下,柱形边界中非热α粒子能量沉积率比球形边界更高。在相同等离子体温度及密度条件下,α粒子的能量沉积率随磁场的增大而增大,但计算结果表明,磁场的有效作用区域存在明显的上下限值,当等离子体内磁场小于下限阈值时,磁场增加对α粒子能量沉积率的提高贡献不大,而且当等离子体内磁场超过上限阈值后,磁场再增加对提高α粒子能量沉积率的作用也不明显。对不同几何尺寸的磁化等离子体靶,磁场有效作用区域的上下限值不同,靶尺寸越大,相应的上下限阈值越小。提高等离子体密度,可增加α粒子能量沉积率,也能降低磁场有效作用区域的上下限阈值。
磁化等离子体靶 D-T等离子体 非热α粒子 能量沉积 端部损失 magnetized plasma target D-T plasma non-thermal alpha particle energy deposition end lose 强激光与粒子束
2014, 26(3): 035002
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
反场构形(FRC)预加热磁化等离子体是磁化靶聚变(MTF)中等离子体靶的主要形成方法之一。为了从物理机理及物理本质上更好地理解反场构形磁化等离子体的平衡状态, 依据FRC等离子体的经典刚性转子(RR)模型, 通过对平衡状态的解析求解, 获得了等离子体各主要参数在平衡状态下的分布函数, 并与标准二维磁流体力学(MHD)的数值模拟结果进行对比分析, 在此基础上讨论了RR模型参数对平衡状态分布函数的影响。结果表明, 在FRC等离子体分界线内部, RR解析模型可以较好地描述等离子体状态分布。
反场构形 磁化靶聚变 等离子体平衡 刚性转子 磁流体 field reversed configuration magnetic target fusion plasma equilibrium rigid rotor magnetohydrodynamics