邹晓兵[1]2003年在《喷气式Z箍缩等离子体实验研究》文中进行了进一步梳理利用Z-pinch等离子体是实现受控核聚变的可能方法之一，同时该等离子体还是强X射线脉冲源和强中子源，目前它已成为世界上的一个研究热点。本论文重点研究了Z箍缩等离子体的诊断技术及其辐射特性，具体工作有四个部分：（1）建立一台小型喷气式Z箍缩等离子体装置；（2）使用热电堆能量计测量等离子体辐射光子的总能量；（3）研制一套多幅马赫-曾德激光干涉仪，借助此干涉仪研究等离子体向心运动过程及测量电子密度；（4）使用紧凑式汤姆生离子谱仪测量Z箍缩氖气等离子体的辐射离子束能谱。其中（3）、（4）项工作的研究成果以前均未见国际、国内刊物公开发表过，属创新性工作。通过论文研究工作，得到了如下结论：（1）所建小型喷气式Z箍缩装置的储能元件采用并联电容器组，具体参数为：C=16μF，储能E4kJ，放电电流幅值=210kA，电流上升时间=2.4μs。（2）等离子体聚焦较好时，辐射光子总能量最大值约为766J，辐射效率为19%。（3）等离子体向心箍缩速度大于9106cm/s ，聚焦柱的平均电子密度大于。通过实验可知，此箍缩装置在放电电流峰值处（2.4μs）聚焦不稳定，而在峰值前（1.2~2μs）聚焦比较好。判断依据是：在峰值处聚焦时，代表等离子体聚焦的dI/dt波形上的下凹尖峰很不稳定，时高时低，且远不如在2μs以前箍缩聚焦时的下凹尖峰大；对应地表现在干涉图上，聚焦不理想时向心压缩过程不同步，导致箍缩柱不均匀，出现剪切或扭折分段现象；而表现在辐射总能量上则是辐射总能量明显降低。在放电电流峰值处聚焦不好的原因是：装置的电流上升时间过长而导致等离子体的不稳定性得到充分发展。（4）利用紧凑式汤姆生离子谱仪测量，可在CR-39蚀刻图上得到四条明显的抛物线轨迹，分别代表一至四价氖离子，另外在四条抛物线上方还有一些高价离子痕迹。通过测量可知：一价氖离子最大能量约为：1.28MeV。当dI/dt波形上的下凹尖峰很深时发射离子最大能量大于下凹尖峰浅时的最大能量，下凹尖峰浅时整个离子能谱有向低能量方向移动的趋势。
刘振[2]2003年在《用于Z箍缩等离子体诊断的多幅M-Z干涉仪》文中研究说明本论文介绍了自行研制的一套多幅M-Z激光干涉仪。该干涉仪在小型喷气式Z箍缩装置上进行了实验，在一次等离子体内爆过程中拍摄到时间间隔为13纳秒的叁幅干涉图。多幅M-Z激光干涉仪由激光器、空间分光延时系统，M-Z干涉仪和CCD成像系统构成。所用激光器为Nd:YAG脉冲激光器，采用了调Q和二倍频技术，波长为0.532、脉冲宽度为7ns、相干长度为2cm，能量为35mJ。空间分光延时系统由叁对全反镜和部分反射镜构成，根据实验平台大小和实际需要调整镜片之间的距离，使相邻光束之间的光程差为390cm。激光器发出的光束经过分光系统被分成时间间隔13ns的叁束光，它们于不同的时刻先后到达M-Z干涉仪，每一束激光脉冲可以记录下等离子的一个状态，从而可以得到叁幅不同时刻的干涉图。成像系统由凸透镜（焦距约为40cm）、光楔（楔角为）、成像屏和CCD相机（SONY F707）构成。由干涉仪射出的叁束光经凸透镜会聚于空间位置不同的点，把光楔放置在这些点上可使叁束光在空间上彼此分开，利用CCD相机可记录下叁幅干涉图。该套干涉仪在小型喷气式Z箍缩装置上进行了实验, Z装置的工作电压23kV、峰值电流210kA、电流上升时间约2。根据干涉图条纹的移动数,可以计算出等离子体的电子密度和运动速度。在箍缩早期平均电子密度为，运动速度为；聚焦附近，等离子体的平均电子密度约为，运动速度，最小箍缩半径0.49mm；崩溃阶段，等离子体的崩溃速度为。此系统属国内首创，实验结果达国际先进水平。
何安[3]2006年在《Z箍缩喷气负载的理论和实验研究》文中指出本文从理论和实验两个方面对Z箍缩喷气负载的设计、流场分布、质量线密度及其时间特性等内容进行了研究，在“阳”加速器装置上利用新旧两种喷嘴分别完成了氩气的喷气Z箍缩实验，实验结果表明重新设计的喷嘴通过对负载结构、线质量密度和位型的优化，提高了负载与脉冲功率装置的能量耦合效率和X射线产额，达到了很好的箍缩效果，获得的软X射线最高能量为1.7 kJ，功率22 GW，最小脉宽(FWHM)为16 ns。对喷气负载的数值模拟分叁部分：首先运用工程方法设计二维拉瓦尔喷管型面，然后通过求解Navier—Stokes方程来计算气流从储气室到喷管出口的流动过程，最后采用直接仿真Monte-Carlo(DSMC)方法模拟喷管出口的超音速气体向真空中的膨胀过程，最终确定喷气负载的气流位型和质量线密度。在实验方面，建立了一套高灵敏度(0.2°)迈克尔逊激光干涉系统，利用这套激光干涉系统完成了对Z箍缩喷气负载质量线密度的测量，获得了内单型面拉瓦尔喷嘴产生的超音速Ar气负载平均质量线密度及其随时间变化的曲线，与理论计算结果进行比较，为优化喷嘴理论设计程序提供实验依据，实验测得的气流稳态的建立时间可以用于精确控制喷气装置电磁阀门的打开时刻，保证喷气Z-pinch实验中脉冲功率装置提供的脉冲电流与喷气负载之间的时间同步，使负载与脉冲功率装置之间达到良好的时间匹配。在“阳”加速器上采用新旧两种不同的喷嘴分别完成了Ar喷气Z箍缩实验，利用可见光分幅相机获得了箍缩过程中不同时刻的等离子体位型图，实验结果表明采用双型面设计的新喷嘴比单型面旧喷嘴提供的喷气位型更加均匀并获得了很好的等离子体箍缩效果。此外，利用建立的高灵敏度激光干涉系统成功地完成了对等离子体断路开关(POS)中电缆等离子体枪电子密度的测量，系统地研究了电缆等离子体枪产生的等离子体特征，获得了等离子体的重复性、空间和时间分布以及等离子体的平均喷射速度等实验结果。本文完成的主要研究内容如下：1．对Z箍缩研究进行了大量的调研，给出了目前国内外Z箍缩喷气研究的综合评述。2．完成了快速电磁阀的研制。整个电磁阀高约12.4cm，重量约1kg，由电磁线圈、不锈钢室体、提升阀、软铁锤和弹簧等组成，然后，通过一个整流硅控制的整流器连接在一组电容器上。电磁线圈绕制过程中(浇注环氧树脂之前)在线之间及其周围加入玻璃纤维，起到了增强、加固作用。提升快速电磁阀阀门由钛材料制作，其优点是重量轻、强度高。软铁锤采用高电阻率的硅钢片迭加制成，各片之间相互绝缘，并使迭缝与磁感应线平行。设计中优化了阀门与喷嘴喉道间的管道长度，以提高气流的来回振荡频率，使喉道前气流能较快的趋于稳定形成新的驻室条件，有利于更快的获得稳定气体负载。在性能测试中，利用高速相机和激光测量技术对阀门的瞬时抬起过程进行了测量，结果表明：阀门抬起高度约为1.8mm，电磁阀门打开的平均速度为12m／s，电磁阀动态密封效果好，性能稳定，开启时间抖动小于20μs，满足实验要求。3．运用工程方法设计了内单型面，外单型面和双型面等叁种不同型面的拉瓦尔喷嘴，并完成了加工。将喷嘴出口设计成圆环状，并使气流与轴线平行，且具有较高的马赫数，减小了气流层沿径向的扩散，使气流抵达对面电极所需时间较短，从而减小“拉链效应”带来的影响。影响喷嘴设计的因素很多，如阀门开启的速度、口径、阀门关闭时间、真空管道的几何形状、储气室的压力、拉瓦尔喷管的喉道和出口尺寸、型面类型和平均半径等。4．通过求解Navier—Stokes方程的办法计算气流从储气室到喷管出口的流动过程；其中阀门开启和关闭过程中气体流动过程非常复杂，无法精确描述，只能作近似处理，为简化计算，假设阀门突然开启和突然关闭，从开启瞬间到关闭瞬间的时间段以及开口孔径可以参考实际情况由实验确定。阀门开启前，阀门左边储气室为高压气体，右边抽成真空状态。一旦阀门突然打开，左边高压气体将迅速进入右边，形成非定常流动，这是一个典型的激波管问题，阀门开启一定时间后又突然关闭，右边的气体由于惯性和压差将继续向前流动，由于喷管喉道狭窄，气体不能迅速通过，激波和膨胀波将在喉道和阀门之间来回反射，最终形成均匀的驻室。我们最初采用定常流动模型，并用储气室条件作为拉瓦尔喷管的前室条件进行计算，发现根本无法满足设计要求，预测的质量线密度比实际情况大10倍左右。后来改用非定常流动模型，取得了与实验较为一致的计算结果。5．采用直接仿真Monte-Carlo(DSMC)方法模拟喷管出口气体向真空中的膨胀过程，并最终确定喷气负载的气流位型和质量线密度。分别计算了上面叁种型面所形成的喷气负载的气流位型和质量线密度，计算了不同气室压力下所形成的气流位型和质量线密度，计算了不同喉道宽度和不同出口尺寸所形成的气流位型和质量线密度。6．设计加工了不锈钢喷气真空室，圆柱形真空室直径580mm，高度300mm，其真空度达到1×10~(-3)Pa，其真空度能够满足喷气密度测量要求，加大的真空室与原有的真空室相比，足已容纳迈克尔逊干涉仪中的光学元件，满足了将干涉仪主体放置到真空室里面的需求。7．采用外差式记录系统和相位跟踪方法建立了一套高灵敏度(0.2°)迈克尔逊激光干涉系统，在该系统中通过采用充气隔振光学平台和将干涉仪放置到喷气真空室里面等隔振方法，有效地消除了真空机组(分子泵和机械泵)的机械振动对相移测量的影响，创立了利用示波器跟踪π／2相位的简便方法，方便地实现了对初始相位π／2的锁定，保证了在相移测量中，让干涉系统处于最灵敏的位置。8．利用该套高灵敏度激光干涉测量系统完成了对Z箍缩喷气负载质量线密度的测量，获得了内单型面拉瓦尔喷嘴当储气室气压为0.4MPa时产生的超音速Ar气负载平均质量线密度(稳定值为70μg／cm)及其随时间变化的曲线，实验结果表明电磁阀电流开始后1.6ms，在距离喷嘴出口10mm处开始有气流，再经过0.3ms后，气流达到稳定，稳态维持时间为0.4ms。9．在“阳”加速器上采用新旧两种不同的喷嘴分别完成了Ar气负载的Z箍缩实验，利用可见光分幅相机、X-ray分幅相机和剪切差分激光干涉仪获得了箍缩过程中不同时刻的等离子体位型图，实验结果表明内单型面Laval喷嘴产生的气流位型分布不均匀，喇叭形非常明显，这与数字模拟的计算结果相符合，等离子体箍缩效果不好。采用重新设计的双型面喷嘴(内单Laval型面加向内倾斜型面)获得了均匀的气流位型分布，等离子体箍缩效果很好，获得的软X射线最高能量为1.7 kJ，功率22 GW，最小脉宽(FWHM)为16 ns。10．将该套高灵敏度激光干涉系统成功地用于低密度等离子体测量，完成了对等离子体开关(POS)中电缆等离子体枪电子密度的测量。干涉仪的最高灵敏度约为0.2°，对应的最低可测量线积分电子密度为8.3×10~(13) cm~(-2)。系统地研究了电缆等离子体枪产生的等离子体特征，获得了等离子体的重复性、空间和时间分布以及等离子体的平均喷射速度等实验结果，线积分电子密度为1.2×10~(16) cm~(-2)～1.3×10~(15) cm~(-2)，等离子体维持的时间～10μs。另外，还通过在电缆等离子体枪的下游放置一块金属板来模拟研究了等离子体与金属导体的相互作用问题。11．设计了一维阵列测量实验方案，采用括束透镜和柱面透镜将点状激光改变成片状激光束，利用一维阵列光纤和PIN二极管来记录不同位置处的气体密度，由此可以在一次实验中获得气体密度在X方向的一维分布，通过在Y方向移动装置或激光束的位置，可以得到气体密度的二维分布，该方法同样可以运用到电子密度的测量中，尤其适合快速低密度的测量。
邹晓兵, 王新新, 罗承沐, 韩旻[4]2005年在《喷气式Z箍缩等离子体发射离子束能谱的研究》文中研究说明使用紧凑型汤姆生离子谱仪对喷气式Z箍缩 (Z pinch)等离子体发射的离子束能谱进行了实验研究 .紧凑型汤姆生离子谱仪由入射窗、偏转电磁场、后置针孔及CR 39探测板组成 .等离子体发射的离子束经前置针孔、谱仪入射窗准直后进入偏转电磁场偏转 ,由后置针孔射出轰击探测板形成可分辩的抛物线簇 .对抛物线簇进行分析处理 ,得到了等离子体辐射的离子束能谱及能谱随箍缩状况的变化趋势 .
郭小明, 罗承沐, 周兆英[5]1996年在《脉冲软X射线源及光刻的初步研究》文中提出喷气式Ｚ箍缩等离子体装置产生的软Ｘ射线，波长大约在０．２～０．６ｕｍ之间，一次放电产生的软Ｘ射线能量约５０Ｊ。本文利用此软Ｘ射线源，用金属丝网作为掩模，对ＣＳＭ光刻胶进行了曝光的初步实验研究，得到了较为清晰的曝光图形。
郭小明, 罗承沐[6]1996年在《喷气式Z箍缩等离子体装置中离子束能谱的测量》文中提出利用新研制的紧凑型汤姆生离子能谱仪（ＴｈｏｍｓｏｎＩｏｎＥｎｅｒｇｙＡｎａｌｙｚｅｒ），对喷气式Ｚ－箍缩等离子体装置中离子能谱进行了测量，在ＣＲ－３９上得到了清晰的Ａｒ＋，Ａｒ２＋，Ａｒ３＋离子抛物线轨迹，通过分析计算结果表明：离子的最大能量在１ＭｅＶ左右，离子能谱分布曲线都随其能量增加而单调下降，近似遵循ｄＮ／ｄＴ／ｄω∝Ｔ－２
李成榕, 杨津基, 罗承沐, 韩旻[7]1990年在《脉冲软X射线发生器的实验研究》文中研究指明本文研究了喷气式Z箍缩等离子体中软X射线(2keV<hv<6keV)的发射源。发射源是一些不连续的热点。测量了热点发出的软X射线的产额,探讨了气体初始密度对软X射线产额的影响。
施军[8]2009年在《Z箍缩高温等离子体极化光谱诊断研究》文中提出Z箍缩喷气靶实验研究中,气体内爆产生高温等离子体辐射的X射线光谱包含着十分丰富的信息,如等离子体电子温度、密度和离化度等,这些参数通常都是依据辐射光谱强度比与谱线轮廓进行诊断。X射线极化光谱学是基于相互正交方向的X射线强度比对等离子体进行研究,极化X射线对电子分布及磁场非常敏感,能够提供等离子体各向异性的信息,与等离子体参数诊断紧密相关。在国家自然科学基金项目(No.10576041)的资助下,首次研制出X射线极化晶体谱仪,并在Z箍缩“阳”加速器上进行实验,探测等离子体电子温度,首次对X射线极化度进行了诊断研究。X射线极化光谱理论可以依据塞曼效应进行分析,在磁量子数变化ΔMJ=0或ΔMJ=±1的情形下会发生塞曼跃迁并辐射极化光谱。X射线极化度的理论计算方法通常有光子密度矩阵法及多极辐射场法两种,其计算结果基本一致。极化度会随着碰撞电子能量的增加而减小,并逐渐趋近于零。从理论上分析X射线入射至晶体物质的反射及折射强度,推导出X射线的折射率表达式,计算出X射线的布儒斯特角约45°,检测X射线极化度的理想情形即要求X射线以布儒斯特角入射至晶体表面。晶面间距、半高宽、峰值衍射率和积分反射率是决定晶体性能的基本参数。晶面间距与被衍射X射线波长相对应,晶面间距较大的晶体既能使长波辐射发生衍射,又能使短波辐射发生衍射,但在短波段的角色散能力较低。表面处理可以改变半高宽、峰值衍射率和积分反射率。对不同类型的晶体谱仪进行分析,研制了极化晶体谱仪各部分结构:晶体分析器、闸板阀、转接法兰、胶片暗盒等,并研究了铝膜的透射率与其密度、厚度以及X射线波长之间的关系,铝膜透射率随X射线波长的增大有一定波动,而不是单调变化。极化晶体谱仪研制完成之后,在Z箍缩“阳”加速器装置上进行X射线探测实验,以诊断等离子体状态。实验成功得到理想的X射线信号,谱仪的光谱分辨率(λ/Δλ)可以达到1000以上。在此重点研究Z箍缩X射线极化度及等离子体电子温度诊断。系统地探讨了利用实验数据计算X射线极化度的叁种方法,采用程序对实验结果进行处理,通过计算得到类氦共振线w及互组合线y的极化度数据。同时也分析了等离子体电子温度的叁种探测方法,利用实验数据结合共振线与伴线比值测温法理论来诊断等离子体电子温度,测量结果为960~1060eV。研究极化度与Z箍缩打靶功率的关系以及极化度对等离子体电子温度诊断的影响,打靶功率高时X射线极化度会降低;而探测Z箍缩等离子体电子温度时,晶体衍射面与Z箍缩电场方向的角度变化会影响最终诊断结果,具有各向异性的等离子体都有类似特性,因此依据谱线强度比得到的等离子体电子温度、密度的诊断结果需要利用谱线极化度加以修正。
郭小明, 罗承沐, 周兆英, 叶雄英, 李成榕[9]1995年在《等离子体软x射线源及其用于微细加工的探讨》文中研究指明喷气式Ｚ箍缩等离子体装置可产生较强的脉冲软ｘ射线，利用此ｘ射线进行了初步曝光实验。另外，本文对此装置用于微细加工从理论上进行了初步探讨。
黄显宾[10]2005年在《喷气负载研制及其Z箍缩等离子体实验研究》文中研究表明利用Z箍缩等离子体辐射产生的软X射线驱动靶丸内爆压缩氘氚燃料是实现惯性约束聚变(ICF)的一种重要途径,目前它已经成为世界上的一个研究热点。 本论文重点对软X射线和等离子体诊断技术及其辐射特性进行了研究。主要工作包括两个部分:(1) 研制了一套Z箍缩喷气负载系统,并进行了性能测试实验及数值模拟;(2) 采用X光纳秒分幅相机、X光功率谱仪、PIN二极管阵列、X光积分针孔相机、变相管扫描相机、X射线多通道谱仪、激光差分剪切干涉仪等诊断技术在“阳”加速器上开展了喷气Z箍缩实验,测量了等离子体辐射产生软X射线能量、功率,等离子体运动过程图像。这两部分研究工作属国家自然科学基金资助课题(10035030)内容之一。 通过论文研究工作,得到了如下结论: (1) 研制的Z箍缩喷气负载系统实验结果表明:系统运行稳定、重复性好。利用流场程序对喷气负载质量线密度和气流位形进行了模拟表明:喷气负载线质量密度约13μg/cm~2,气流位形与Z箍缩实验中获得的早期等离子体图像吻合。 (2) 在喷气Z箍缩实验中,获得了能量约500J/cm、功率大于12GW,半高宽约20ns的软X射线脉冲和内爆等离子体各阶段运动发展过程的X光图像。研究表明:初始气体的空间分布极大的影响喷气Z箍缩过程。喷气负载初始击穿不均匀,导致初期负载电流主要从等离子体壳层中几个主要的通道非均匀的通过;气流“喇叭”状
参考文献：
[1]. 喷气式Z箍缩等离子体实验研究[D]. 邹晓兵. 清华大学. 2003
[2]. 用于Z箍缩等离子体诊断的多幅M-Z干涉仪[D]. 刘振. 清华大学. 2003
[3]. Z箍缩喷气负载的理论和实验研究[D]. 何安. 四川大学. 2006
[4]. 喷气式Z箍缩等离子体发射离子束能谱的研究[J]. 邹晓兵, 王新新, 罗承沐, 韩旻. 物理学报. 2005
[5]. 脉冲软X射线源及光刻的初步研究[J]. 郭小明, 罗承沐, 周兆英. 微细加工技术. 1996
[6]. 喷气式Z箍缩等离子体装置中离子束能谱的测量[J]. 郭小明, 罗承沐. 强激光与粒子束. 1996
[7]. 脉冲软X射线发生器的实验研究[J]. 李成榕, 杨津基, 罗承沐, 韩旻. 强激光与粒子束. 1990
[8]. Z箍缩高温等离子体极化光谱诊断研究[D]. 施军. 重庆大学. 2009
[9]. 等离子体软x射线源及其用于微细加工的探讨[J]. 郭小明, 罗承沐, 周兆英, 叶雄英, 李成榕. 电工电能新技术. 1995
[10]. 喷气负载研制及其Z箍缩等离子体实验研究[D]. 黄显宾. 四川大学. 2005