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高空核爆软X射线辐射特性及其实验室模拟研究

张大威  
【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。


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