[发明专利]外爆型平面薄膜负载装置

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲功率加速器的负载装置或负载实验装置，具体涉及一种用于研究Z箍缩过程不稳定性发展的负载设计。

背景技术

Z箍缩(Z-Pinch)是指由Z方向上的脉冲电流产生的角向磁场对等离子体进行径向压缩。作为一种高效的X射线源，Z箍缩在惯性约束核聚变、高能量密度物理和实验室天体物理等方面得到广泛应用。传统的Z箍缩实验中，一般使用金属丝阵负载进行实验。如目前在“强光一号”加速器上进行的Z箍缩实验，就是采用平面丝阵和柱形丝阵负载。强光I号加速器中央存储单元中的电流经脉冲压缩单元、脉冲形成线之后，形成一个峰值大于1MA，上升沿为100ns左右的电流脉冲，施加于安装在真空腔室中的负载上，金属丝负载在大电流作用下，迅速经历从固态到等离子体的相变过程，所产生的等离子体在角向磁场作用下向负载中心聚爆，产生X射线(图1)。用这类负载进行Z箍缩实验，X射线转换效率和辐射功率较高。但从分幅照相的情况看，所产生的箍缩柱存在较大的不稳定性。这是由于在箍缩过程中，等离子体向轴心聚集过程所受到的磁流体力学不稳定性的影响，使得等离子体壳层结构发生变形甚至遭到破坏的结果。

近几年，美国圣地亚实验室提出了一种被称作磁化套筒靶惯性约束核聚变(MagLIF)的新技术，这种技术旨在26MA驱动电流下实现高增益点火，相关文献表明，制约这种技术发展的最重要因素之一是套筒靶面的不稳定性发展。

近年来，从事Z箍缩研究的科研人员利用单丝、双层等负载结构研究箍缩过程中不稳定性发展的物理过程，以克服其带来的不利影响，但相关研究成果很难应用于分析MagLIF套筒靶在致稳磁场作用下不稳定性的发展状况。

发明内容

电接触本发明提供一种外爆型平面薄膜负载的设计方案，可以用于研究MA量级(强光I号)Z箍缩实验中，负载受力方向与不稳定性发展方向相同时，负载的不稳定性发展过程。

本发明的技术解决方案如下：

一种外爆型平面薄膜负载装置，其特殊之处在于：包括平面金属薄膜、支撑结构及薄膜调节结构，

所述支撑结构包括阴极底座、阳极底座、阴极平台及导流柱，所述导流柱的一端通过阴极底座与加速器阴极电接触，所述导流柱的另一端与阴极平台电接触，所述阳极底座位于阴极平台和阴极底座之间且与加速器阳极电接触，所述阳极底座和阴极平台相互平行且与导流柱垂直；

所述薄膜调节结构包括设置于阴极平台外侧的两个活动阴极、设置于阳极底座外侧的两个限位块、两个导轨及两个固定块，

所述两个活动阴极可沿阴极平台向相反方向滑动并定位，所述两个固定块位于导流柱两外侧且与阳极底座固定连接，所述两个导轨分别固定在两个固定块上且与阴极平台滑动方向平行，所述两个限位块分别设置在两条导轨的两端并可沿两条导轨滑动并定位，

所述平面金属薄膜的一端与一个限位块电接触，另一端经过两个活动阴极的外表面后与另一限位块电接触，形成一个倒U型结构，所述倒U型结构的两臂所在的两个平面均为负载平面，所述负载平面与导流柱的相对面之间平行。

上述导流柱与阴极平台之间通过弹性结构电接触。

上述弹性结构包括支撑柱、导向孔、螺纹孔、通孔及螺钉，

所述支撑柱为金属圆筒且一端与阴极平台固定连接，所述导向孔沿导流柱轴向设置，所述支撑柱的另一端放入导向孔内，所述螺纹孔与导向孔同轴设置且位于导向孔的底部，所述通孔设置在金属圆筒的底部，所述螺钉依次穿过通孔、螺纹孔将支撑柱与导流柱连接，所述弹簧套在螺钉上且位于支撑柱与螺纹孔之间，在弹簧处于自然状态时，所述导流柱与阴极平台之间有间隙。

上述弹性结构的数量为两个，且并行设置。

上述限位块上设置有用于压紧平面金属薄膜的压片。

上述导流柱的正对负载平面的面为矩形，其余面为弧形。

上述阳极底座的形状为圆盘状，所述阴极底座的形状为圆盘状或锥盘状。

上述活动阴极的形状为L型，两个活动阴极沿阴极平台对角设置。

上述平面金属薄膜为铝膜或钨膜，其宽度为范围为0.2-1.5cm，长度为8-10cm，厚度小于50μm。

本发明与现有技术相比，优点是：

1、本发明外爆型平面薄膜负载作为Z箍缩不稳定性研究实验中的一个关键部件，在于它可以研究负载平面受力与不稳定性发展方向相同时，不稳定性的发展情况。相关研究结果可以应用于分析MagLIF套筒靶在致稳磁场作用下不稳定性发展情况。