中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900
零维模型负载优化设计制作的单层和双层铝丝阵负载，在俄罗斯S-300强流发生器上，利用“狭缝+闪烁体+光电探测器”X光功率测量系统对X光辐射特性参数进行了诊断。实验获得单层丝阵负载的辐射功率为(0.31±0.19) TW，辐射总能量为(16.93±7.45) kJ，脉宽为(18.41±5.00) ns；双层丝阵负载的辐射功率为(0.37±0.12) TW，辐射总能量为(16.40±3.99) kJ，脉宽为(13.45±3.50) ns。实验结果表明，双层丝阵负载辐射功率高于单层19.4%，信号脉宽窄4.96 ns。
Z箍缩 铝丝阵负载 X光辐射特性 闪烁体 Z-pinch Al wire array X-ray emission property scintillator
1 清华大学 工程物理系,北京 100084
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900
3 中国科学院 微电子研究所 纳米加工与新器件集成技术实验室,北京 100029
研制的透射光栅谱仪配备了高线密度金透射光栅作为分光元件,使用X光CCD记录时间积分光谱图像。在谱仪结构中引入了两个相互垂直的狭缝,一个用于实现光谱图像的1维空间分辨;另一个与光栅相配合后具有准直入射X光的作用,用来提高谱仪的分辨力。使用该谱仪对“阳”加速器Z箍缩实验的X光辐射进行了测量。当使用铝丝阵作为负载时,测得了铝的K壳层辐射和类锂离子的线谱辐射,并且通过将光谱图像与X光针孔相机的测量结果相比较,观察到了“热点”区域放出的较强的K壳层辐射。
透射光栅谱仪 Z箍缩诊断 铝丝阵负载 K壳层辐射 transmission grating spectrometer Z-pinch diagnosis Al wire array K-shell radiation
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
2 苏州钧信自动控制有限公司,江苏 苏州 215011
采用视觉检测技术及图像处理技术相结合的方法,实现了直径约为5 μm钨丝丝阵负载单丝的垂直度,相邻两根微丝的间距,丝阵上是否有异物,丝是否断裂等装配参数的自动、连续、无损检测。研究了视觉检测系统图像采集和配置方法,构建了Z箍缩丝阵负载装配参数视觉检测系统。实验结果表明,视觉检测系统的检测精度达2 μm,可以精确地检测出丝上异物和丝是否断裂,满足Z箍缩丝阵负载装配参数的检测要求。
Z箍缩 丝阵负载 装配参数 视觉检测 Z-pinch wire-array assembly parameter visual inspection
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
2 哈尔滨工业大学 机器人研究所,哈尔滨 150001
在利用金属丝阵Z箍缩产生强X射线辐射的方法中,为获得超强X射线,一般采用直径几μm的钨丝构成单、双或多层圆柱面状丝阵负载,其中丝阵负载的结构和装配精度是关键因素。为制备出均匀、平直的丝阵负载,进行了Z箍缩丝阵负载微型装配系统的研制,建立了基于机器视觉、微力传感器和精密运动控制系统的Z箍缩丝阵负载微型装配实验系统。该系统成功实现了双层直径5 μm钨丝丝阵的装配,且张力控制精度达0.002 N。
Z箍缩 丝阵负载 微型装配 微力传感器 Z-pinch wire-array micro assembly micro force sensor
研制可靠的数值模拟工具对Z箍缩内爆产生X光辐射过程进行理论研究、实验分析以及负载设计至关重要.介绍了2维三温辐射磁流体力学程序(MARED)的物理方案,给出了MARED程序的1维检验结果,验证表明MARED程序适用不同装置条件、不同负载参数.结合丝阵Z箍缩实验的数值模拟和分析表明:相同负载质量条件下,钨丝阵内爆产生的X光辐射功率远大于铝丝阵产生的X光功率;相同负载电流条件下,负载质量越大,计算得到X光功率越低;X光功率随着负载电流增加而增加.
Z箍缩 内爆等离子体 丝阵负载 MARED程序 数值模拟 X光辐射
中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
直径小于7 μm的超细钨丝是制备Z-pinch丝阵负载的主要原料,为了满足Z-pinch物理实验需要,利用电解腐蚀法原理,制备出了直径最小为3.0 μm的超细钨丝.研究了电解液温度、电解液质量分数、电解电压和收丝速度等工艺条件对钨丝的影响,并用扫描电镜、原子力显微镜和万能测力计测试了所制备钨丝的直径、形貌及抗拉强度.实验表明,电解电压和收丝速度是影响钨丝腐蚀速度的主要因素,所制备的钨丝表面光滑,均方根粗糙度为2.42 nm,直径为3.5 μm的钨丝其抗拉强度为2.32 g.利用这种方法所制备的超细钨丝已用作Z-pinch丝阵负载的靶材料,取得了很好的物理实验结果,X光能量已达到36.58 kJ.
电解腐蚀法 电解电压 超细钨丝 Z-pinch丝阵负载
实验证实双层金属丝阵负载Z箍缩内爆等离子体产生的X光辐射源,与单层丝阵负载相比可以提高40%的功率.为了优化Z装置上双层丝阵负载实验方案的设计,从内爆动力学过程和Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性发展过程进行了理论分析.分析表明:双层丝阵负载实验不会提高X光辐射的总能量,但可以明显地提高辐射功率;双层丝阵的外半径应与单层丝阵负载优化方案的半径相一致;双层丝阵内、外层质量的选取应以优化的单层丝阵内爆到心时间为标准;内层丝阵置于外层丝阵半径的正中位置上,更有利于抑制RT不稳定性.
Z箍缩 双层丝阵负载 RT不稳定性 Z-pinch Nested-wire array Rayleigh-Taylor instability 强激光与粒子束
2005, 17(10): 1533
作为丝阵Z箍缩实验的基础,丝阵负载的设计具有重要意义.主要介绍了Z箍缩丝阵负载设计的slug模型,首先对该模型的原理进行了分析,然后对该模型进行编程,并利用美国Saturn加速器上的丝阵负载实验结果进行验证,计算结果表明了程序的可靠性.最后应用该模型及所编写程序对"强光一号"加速器上丝阵负载的Z箍缩实验进行了模拟,获得了偏差小于5%的模拟结果.
Z箍缩 丝阵负载 "强光一号"加速器 Z pinch Wire array Qiangguang I generator
以俄罗斯S-300 Z-pinch装置的负载电流波形为基准,利用Z箍缩的质点模型对钨丝阵负载的初始半径和线质量进行了系统的优化计算,得到了不同电流幅值的电流波形所对应的优化丝阵负载参数.发现了负载最大内爆动能与负载电流幅值的平方成正比关系.电流上升时间对最优丝阵负载参数的影响的计算表明,随着负载电流上升时间的增大,负载的最优线质量也要增大.
Z-箍缩 丝阵负载优化 质点模型 丝的间隙 Z-pinch Optimal design of wire-array load 0-D model Inter-wire gap 强激光与粒子束
2003, 15(12): 1200
中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳,621900
在Z-pinch实验中,加速器两电极间距会因抽真空而发生改变从而导致平面丝阵负载的丝分布发生变化,为了解决这个问题,采用弹簧预压缩的方法,制备出了平面丝阵负载,经实验室模拟检测和物理实验的实际应用证明,平面丝阵负载不但能适应电极方向呈任何方向放置的靶室,还能自动适应靶室电极间距因抽真空而发生的变化.在实验过程中丝阵可以保持绷紧的状态,满足了物理实验的要求.
Z-箍缩 平面丝阵负载 自适应式 弹簧预压缩 Z-pinch planar wire-arrays Self-adaptable Spring compressed in advance 强激光与粒子束
2003, 15(12): 1187
