Z箍縮裝置負載區能量耗散及負載動態阻抗分析

王亮平，邱愛慈，李 沫，楊海亮，孫鳳舉，魏 浩，吳撼宇，王志國，姜曉峰，降宏瑜

(強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室; 西北核技術研究所： 西安 710024)

Z箍縮等離子體輻射源是實驗室內轉換效率最高的脈沖X射線裝置之一。有關快Z箍縮方面的研究具有廣泛的應用前景和重要意義。典型快Z箍縮驅動器及等離子體特征參數[1-2]：驅動器電流峰值為1～100 MA；電功率為1012～1014W；作用時間尺度為100 ns量級；等離子體負載空間尺度為1 cm量級；最小半徑為0.1～1 mm；負載質量為0.1～10 mg；產生的等離子體數密度為1020～1022cm-3；溫度為0.1～10 keV；X射線輻射功率為1～100 TW；產額為0.01～1 MJ量級；產生的高壓可達105～107MPa；速度可達10～1 000 km·s-1。由于Z箍縮極端的參數輸出，可用于多個學科領域，包括但不限于核爆輻射效應模擬、核武器物理模擬、慣性約束聚變科學、極端狀態材料科學和實驗室天體物理等[3-7]。

Z箍縮過程中，負載區的能量轉換及相關耗散機制一直是Z箍縮研究的難點之一。從Z箍縮的基本物理過程來看，在聚爆過程中獲得的動能是Z箍縮等離子體最終輻射X射線能量的最初來源，然而，多年的實驗研究表明[8-10]：Z箍縮負載能輻射X射線的能量大于聚爆過程中所獲的動能，有時輻射能量甚至達到輸入動能的2～4倍。這一實驗結果意味著簡單以動能及與之相對應的動態電感去等效Z箍縮過程是存在局限性的。因此，從宏觀和微觀層面研究、分析Z箍縮負載區的能量轉換過程及與之相對應的Z箍縮負載宏觀動態阻抗變化，對Z箍縮基礎物理過程的認識及Z箍縮驅動器的優化設計等具有十分重要的意義。……