高空核爆软X射线辐射特性及其实验室模拟研究

【摘要】：核武器在现代军事中具有不可替代的战略地位，而高空核爆近年来受到有关各国的普遍关注，对高空核爆的天基探测和预警已经成为核爆监视领域的新热点．开展软X射线波段的高空核爆探测相关的目标辐射特性研究，探索高空核爆探测的新方法，无疑将为国家的天基核爆监测系统的研制打下重要的前期工作基础，是一项具有重要应用及学术价值的研究课题，对于保障国家安全具有重要的战略意义。本文旨在通过理论研究和实验室模拟，研究高空核爆软X射线辐射特性，探索高空核爆监测的新方法，为进一步的应用奠定基础。 在理论计算方面，给出了聚变装置的初始离子数密度的解析形式，由等离子体的点火条件及能量平衡原理入手，获得了聚变等离子体的温度、粒子数密度、压力等量随时间和装置当量的变化规律；定量计算了给定能量(当量)脉冲的核爆火球的温度、半径等主要参数随爆高和时间的变化规律；引入大气密度修正及介质光学厚度修正，将原本只适于低空核爆的火球发展规律成功地推广到高空核爆情况。 在实验室模拟方面，深入分析了激光等离子体与核爆火球及其软X射线辐射之间的可比之处，充分论证了利用激光低压打靶实验模拟高空核爆火球软X射线辐射的合理性；借助激光等离子体模拟领域的普遍方法，编制了激光等离子体模拟程序，其对适当打靶条件下等离子体的数值模拟结果显示，激光等离子体的主要参数与高空核爆的理论预言基本接近；实测了5～75nm波段、0.1nm分辨率的真空靶室Fe等离子体光谱，认证了25条谱线：测得了10~(-3)～10~2pa常温空气的相同分辨率的透射光谱，由此推算出该波段常温空气的谱分辨不透明度；将该不透明度结果与本文推广了的核爆火球理论相结合，得到了不同爆高的高分辨透射谱。