径向质量分布对丝阵Z箍缩等离子体内爆动力学的影响

【摘要】： 金属丝阵Z箍缩内爆产生的强X射线辐射有着广泛的应用前景,包括惯性约束聚变、高能量密度物理和实验室天体物理等。金属丝阵负载具有很好的初始轴向对称性并且质量可以精确控制,是目前z箍缩实验中采用的主要负载构形,因此对丝阵Z箍缩内爆动力学的研究倍受关注,而质量分布显然是影响金属丝阵Z箍缩内爆的一个重要因素。早期用来描述丝阵内爆动力学行为的薄壳模型,认为质量集中在无限薄的环形等离子体壳上,等离子体壳被磁压驱动进行内爆,而实际内爆过程更为复杂。一方面,内爆早期产生的消融等离子体使得丝阵内爆轨迹与薄壳模型的预言有很大偏差,而这种在内爆开始后才产生的丝阵内部质量调制使得内爆过程与雪耙内爆更为接近；另一方面,在与惯性约束聚变研究相关的某些复合负载构形中,丝阵内部本身就存在质量分布,这些质量分布对内爆过程的影响是我们所关注的。 火箭模型是处理丝阵消融等离子体的一个简单模型,在此基础上结合雪耙模型建立了完整的消融—内爆动力学模型,对比薄壳模型,得到的结果是消融等离子体的产生会使得最大内爆动能比薄壳模型计算的结果小很多,其对应的优化线质量也会显著下降。利用雪耙模型对丝阵负载内部加载泡沫柱的构形进行分析,结果发现丝阵负载内部存在质量分布会使得内爆动能下降。提出环形泡沫柱的构形,计算结果发现泡沫柱厚度越小则内爆时间越小,内爆动能越大；利用环形泡沫柱厚度非常薄时近似模拟双层丝阵的碰撞模型,得到的结果与存在泡沫柱时类似。另外,考虑等离子体压强时,在薄壳运动方程中加入压强项并结合等效电路模型对内爆过程进行模拟,选择合适的参数可以得到合理的收缩比以及内爆轨迹。