金属膜带阵负载Z箍缩消融特性研究

Fast Z-pinches produce intense pulsed x-ray radiations. Nowadays dynamic hohlraum driven by wire array Z-pinch is considered to be a potential technique for realizing thermonuclear ignition. In this project，we will employ cylindrical metalic ribbon array, a novel kind of load for fast Z-pinch experiments. The configuration of a ribbon array is identical to that of a cylindrical wire array except that thin metal ribbons replace the fine wires. Till now,few works about the physics or applications of Z-pinches with ribbon array have been done. It is expected that Z-pinches with this kind of load are able to produce a less proportion of the precursor plasmas and plasmas with a more uniform density profile, which would make the ribbon array a promising alternative for studying Z-pinch driven dynamic hohlraum on large scale pulsed power generators. Experiments using ribbon arrays will be carried out to explore the current paths on ribbons,the current distributions,the behavior of ablations and the temporal/spatial characterizations of precursor plasmas.

快Z箍缩过程能够产生高功率X光辐射，目前，丝阵负载Z箍缩驱动的动态黑腔被认为是实现聚变点火潜在的技术途径。本项目使用的带阵负载是由多条带状金属薄膜均匀排列在圆周上构成的柱形Z箍缩负载，国内外至今尚未见到该类型负载在Z箍缩物理或者应用研究方面的公开文献报道。我们认为，在相同线质量条件下，该类负载能够降低先驱等离子体份额；实现比大丝数单层丝阵内爆更好的等离子体密度分布均匀性，在未来大电流装置上开展的Z箍缩驱动动态黑腔研究中可能发挥重要作用。项目拟开展金属膜带阵负载Z箍缩实验，研究金属带上电流通道及其演化过程、负载消融过程、先驱等离子体时空分布和先驱等离子体分流等早期内爆特性，建立初步的带阵消融物理过程图像。

利用强光一号脉冲功率装置，开展了不同带间隙铝带阵负载的消融特性研究。门控窄带紫外辐射图像显示，在放电早期，电流在各金属带上不规则分布且不同发次分布不相同，随后，电流趋于沿金属带中心通过且角向均匀性逐步改善；即使在带间隙降至0.1mm的情况下，电流通道也相对稳定、分布规则。与铝丝阵消融过程类似，铝带阵消融过程也产生先驱等离子体，间隙0.4mm带阵的消融等离子体分布具有明显的角向周期调制结构。利用微型磁探针测量了直径8mm负载消融过程中在直径5.4mm区域内的先驱电流波形，数据表明，带间隙变小，先驱电流降低；间隙相同情况下，铝带阵与丝阵的先驱电流大小没有显著差别。间隙0.2mm带阵的实验结果显示，尽管没有发生显著内爆，在电流主峰过后，相邻金属带呈现出融合的特征。稳定的电流通道有助于抑制角向关联不稳定性的发展，形成类壳结构等离子体有助于改善等离子体的角向均匀性，项目研究结果提升了将金属膜带阵负载应用于未来大电流装置的信心。