[发明专利]一种用于Z箍缩实验的二级丝阵负载

说明书

为了便于开展兆安级电流下金属丝阵早期物理状态的调控方法研究，以及内爆等离子体不稳定性发展过程研究，本发明本发明的二级丝阵负载有两个独立的电流回路，电流分别流过负载丝阵和反转型丝阵，通过调整负载丝阵和反转型丝阵的金属丝长度、丝数和/或直径可以调整各自的回路电感，实现金属丝早期物理状态的改变和调控，抑制早期“核冕”结构的产生，同时可以研究不同物理状态对负载丝阵后续内爆及等离子体不稳定性发展过程的影响。

技术领域

本发明涉及大型脉冲功率装置Z箍缩实验的负载，具体涉及一种可调控金属丝阵负载早期物理状态的负载。

背景技术

Z箍缩(Z-pinch)是一种依靠Z方向电流产生的电磁力使自身箍缩或向轴线内聚运动的等离子体构型，常用的负载为气流、金属丝阵或套筒，其中金属丝阵负载是选用μm量级金属丝连接在Z箍缩实验装置的阴阳极上，便于进行质量调控以与兆安(MA)级装置达到负载匹配。目前，丝阵Z箍缩等离子体辐射源是一种最有效的实验室软X射线源，在辐射效应、惯性约束聚变(ICF)、高能量密度物理及实验室天体物理等研究领域具有广阔应用前景。

在兆安(MA)级电流下，金属丝很早即发生沿面电离形成冕等离子体(一般认为金属丝表面吸附的气体和杂质首先电离)，丝核一般呈固态或液态，形成典型的“核冕”结构，导致馈入金属丝阵的能量相对较少。

为了抑制“核冕”结构的产生，目前常用的手段为从外部另馈入预脉冲(幅值1～10kA，前沿10～20ns)或者给金属丝镀膜，但研究多见于小电流下，而兆安(MA)级电流下金属丝阵早期物理状态的调控方法研究，以及内爆等离子体不稳定性发展过程研究目前尚未广泛开展。

发明内容

为了便于开展兆安级电流下金属丝阵早期物理状态的调控方法研究，以及内爆等离子体不稳定性发展过程研究，本发明提供了一种二级丝阵负载，可以用于MA级电流下的Z箍缩实验中。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于Z箍缩实验的二级丝阵负载，其特殊之处在于：包括支撑结构、负载丝阵和反转型丝阵；

所述支撑结构包括阴极杆、依次设置的固定螺帽、阳极盖板、连接电极、反转型丝阵支撑板、阳极连接杆、阳极底座和阴极底座；

连接电极用于安装负载丝阵和反转型丝阵；连接电极为中空柱状结构，其底部开设有多个用于穿过金属丝的孔；

阴极杆的一端依次穿过阳极底座和反转型丝阵支撑板后与连接电极固定连接，实现电接触；阴极杆的另一端与阴极底座固定连接，实现电接触；阴极杆与阳极底座同轴设置；

阳极盖板、阳极底座和反转型丝阵支撑板均与阴极底座平行，且与阴极杆垂直；

在阳极盖板和反转型丝阵支撑板之间还设置有回流柱，回流柱垂直于阳极盖板；

在反转型丝阵支撑板和阳极底座之间还设置有阳极连接杆，阳极连接杆垂直于阳极底座；

所述负载丝阵包括负载阴极、负载阳极和由多根金属丝构成的金属丝阵，负载阴极与支撑结构的连接电极相连，负载阳极与所述阳极盖板通过所述固定螺帽连接；金属丝阵穿过负载阴极和负载阳极端面的孔，且均与负载阴极和负载阳极保持电接触；金属丝阵的一端采用铜胶带固定在负载阴极上，金属丝阵的另一端末端与重物相连，以保证金属丝处于绷紧状态；

所述反转型丝阵包括多根金属丝，该金属丝的一端穿过所述连接电极端面的孔后用铜胶带固定在连接电极上，另一端穿过所述反转型丝阵支撑板，绕过所述阳极连接杆后，与重物相连，以保证金属丝处于绷紧状态。

进一步地，所述负载丝阵和反转型丝阵的金属丝的长度、丝数和直径均根据脉冲功率加速器参数调整和确定；负载丝阵的金属丝长度指位于负载阴极和负载阳极之间的单根金属丝长度；反转型丝阵的金属丝长度指位于连接电极与反转型丝阵支撑板之间的单根金属丝长度。