三维磁场分布与套筒Z箍缩不稳定性发展的关联特性研究

Z-pinch liner implosion shows the capability of low fraction of precursor current and high mass density in implosion stage due to azimuthal integrity. With the development of fabrication procedure and design ability, promising high quality implosion can be obtained experimentally, thus can be applied as an important load in Z-pinch dynamic hohlraum and MagLIF. Since the current channel and magnetic field are complicated, the azimuthal correlation aggravates the MRT instability growth and degrades implosion equality. Thus the study on principle of MRT instability growth is quite important to the research of liner Z-pinch...This work will focus on the study of the current channel evolution on the liner surface. The spatial and temporal distribution of magnetic field at liner outer space will be obtained by micro magnetic probes arrays. We are aiming at exploring the correlation between the magnetic field distribution and the MRT instability growth and establishing a preliminary model for explaining the MRT instability growth. We hope to provide reasonable evidences for design and develop high quality implosion liner through this study.

Z箍缩驱动套筒负载内爆，因角向完全封闭，具有先驱等离子体份额低和内爆阶段物质密度高的特征。随着制备工艺和设计能力的提高，套筒负载有望在实验中实现高品质的内爆，是应用于Z箍缩驱动动态黑腔和磁化套筒聚变实验研究的重要负载类型。套筒负载的电流通道和磁场分布复杂，角向关联加剧了不稳定性的发展，降低了其内爆品质，因此探索不稳定性发展规律对套筒Z箍缩研究至关重要。本项目拟研究金属薄膜套筒上的电流通道及其演化过程，基于微型化阵列式磁探针技术诊断套筒负载外部磁场的三维分量的时空分布特性，探索磁场分布与等离子体不稳定性发展的关联规律，建立初步的物理模型对不稳定性发展过程的物理图像进行合理解释。本研究将为设计和研制具有高品质内爆性能的套筒负载提供依据。

在Z箍缩动态黑腔辐射驱动聚变研究中，套筒负载是有望实现高致密内爆等离子体进而产生高效率黑腔的重要参考构型。由于其结构角向闭合，套筒的电流通道难以约束成理想中的一维分布，材料初始电阻率的分布差异在电流欧姆加热作用下进一步增强电流密度的不均匀，进而引起套筒消融速率和内爆历程在角向和轴向分布差异，体现为内爆等离子体不稳定性发展剧烈。.本项目针对自支撑薄铝套筒，通过其受热产生的紫外辐射研究了电流在套筒上的分布演化过程，基于微型磁探针研究了套筒内外的磁场分布特性和电流分流特性，从侧面和端面两个方向同时观测，对套筒的消融和内爆特性开展研究。在无外加轴向磁场的条件下实验观测到了套筒表面烧蚀阶段模式m≠0的螺旋电热不稳定性，提出套筒制备过程中表面大尺度粗糙结构可能作为先天植入的随机初始扰动引起该不稳定性。消融阶段的紫外发光图像观测到了准周期性条纹结构，并与磁瑞利-泰勒不稳定性具有较强的角度关联，实验证实了早期电热不稳定性为内爆过程磁瑞利-泰勒不稳定性的提供了扰动种子。