用于激光等离子体的紧凑型脉冲强磁场装置及其应用
发布时间：2021-11-19 19:09
近年来实验室内的磁化高能量密度等离子体现象引起了学术界广泛的兴趣,这对许多研究领域有重要的应用价值,例如天体物理和空间物理、惯性约束聚变和激光加速等。恒星演化过程中磁化的盘风中高速射流形成和准直的机制、磁化星际介质内高能粒子的加速机制、太阳和地球磁层的磁场重联现象、地球磁层内各种波动现象和磁流体不稳定性结构等一直是天体和空间物理研究非常活跃的研究方向,磁化激光等离子体行为的实验研究有助于深入理解这些天体和空间物理现象。激光驱动的惯性约束聚变中,外加磁场可以抑制内爆靶丸的径向热传导,从而提高离子温度和中子产额;外加磁场有望取代间接驱动充气腔,在抑制腔壁等离子体膨胀的同时抑制激光受激散射。在激光加速中,外部磁场可以稳定电子加速通道、改善电子加速效果。最近国际学术界开始关注强磁场耦合强激光的磁化激光等离子体实验研究,并取得了一些重要进展。脉冲强磁场装置是磁化激光等离子体实验的关键设备,但用于激光等离子体的脉冲磁场装置发展还不成熟,需要根据各自的研究需求发展合适的脉冲强磁场装置。为了在中国科学技术大学实验室小型激光装置上开展气体靶磁化激光等离子体实验,我们自主研发了一套可用于低真空环境的紧凑型...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）磁约束聚变装置示意图［１５］
变参数区的磁惯性聚变（ＭＩＦ）称为磁惯性约束聚变（ＭＩＣＦ：?ｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ?ｉｎｅｒｔｉａｌ??ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｆｉｊｓｉｏｎ），理论模拟显示，外加４Ｔ的磁场可以有效降低激光聚变中对??驱动激光能量的要求［１８］，如图１．２所示。??：］??ｆ，：?１。，：参，：??ｉ?？?：安：‘？！／／／??＾????—?ｔｏ＇５?＾?ｈｉ??????？０?３??５，０?ｒ??！〇？＇?￣?ｉ１０?ｒ?＜１?＾??！〇■＇－??？?＼?：丨以?ＴＴ?；??１＾２?ｔ?ｉ?ｉ?ｉ?ｌ?１?ｉ?ｉ?１?ｔｔｆ?Ｌ?１?！?１?１?ｌ－ｉ?－?——??ｔｏ１?ｉ〇ｅ?ｔｏ５?ｉ?ｔｏ＊?ｉｄ＊?ｉｏ＊ｓ?ｉ??ＩＮＩＴＩＡＬ?ＤＥＮＳＩＴＹ?戶〇?ｈ?ｃｍ?３）?ＩＮＩＴＩＡＬ?ＤＥＮＳＩＴＹ?＾?＾?ｃｍ?＊Ｊ｜??图１．２有无磁场是聚变增益的等髙线图。横坐标为初始密度，纵坐标为初始速度［１８］？??对于磁惯性约束聚变（ＭＩＣＦ），外加磁场可以抑制垂直磁场方向的电子热传??导以及部分约束ａ粒子输运，从而降低惯性约束聚变的内爆速度要求。但是在固??体密度下要有效抑制热传导过程，所需的磁场强度远远高于传统强磁场装置??（＜１０００?Ｔ）的能力范围，因此采用磁通压缩的方法来产生这种极强磁场。目前，??磁惯性约束聚变研宄有两种不同的形式。第一种是利用磁场改善传统球形激光??聚变（ＩＣＦ）的内爆性能
特别是受激拉曼散射（ＳＲＳ）?［２４］。在ＯＭＥＧＡ上进行的初步磁化黑腔实??验表明，外加７．５?Ｔ磁场对ＳＲＳ有一定的抑制作用，并将等离子体电子温度提升??５０％卩５］，如图１．４所示。我们的实验和模拟研宄发现外加磁场有望取代充气腔??以达到抑制金腔壁等离子体膨胀的效果［２６］。目前，ＮＩＦ也在研宄使用磁惯性约??束聚变的方式实现点火的可能性［２７］。日本大阪大学的Ｆｕｊｉｏｋａ等人尝试使用电??容线圈靶产生的脉冲强磁场辅助快点火聚变［２８］。??０?１０?２０?３０??ｉｃｖ：ｗ．?Ｒ？ｌｉｕＭｐｍ）??（ｃ）?（ｄ）??????Ｎｏ?ｓｅｅｄ?ｆｉｅｌｄ?Ｂ０?＝?８０ｋＧ?＃牐蓿牐桑裕裕浚牐??ｉ．＾．ｗｎｃｌ?￣??ｉｉ．?；?Ｊ■＇?：??Ｈ??－！００?０?１００?－１００?０?１００?＾?２４．０?２４．５??ＴＣＶ２？＾ＪＩ?Ｘ（ｐｍ）?ｎｖｙｍ?ＷａＨｉｈｋｋｎｃｗ?神?＞??图１．３（ａ）ＳＳ通压缩实验示意图。（ｂ）使用ＬＩＬＡＣ－ＭＨＤ模拟的球形磁化靶丸内的压缩磁场和??离子温度。（ｃ）Ｘ射线背光照相显示磁场对于内爆压缩对称性并没有显著影响。（ｄ）实验中子??产额和离子温度相对于靶丸壁厚变化［２］。??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Status and development of high-power laser facilities at the NLHPLP[J]. Jianqiang Zhu,Jian Zhu,Xuechun Li,Baoqiang Zhu,Weixin Ma,Xingqiang Lu,Wei Fan,Zhigang Liu,Shenlei Zhou,Guang Xu,Guowen Zhang,Xinglong Xie,Lin Yang,Jiangfeng Wang,Xiaoping Ouyang,Li Wang,Dawei Li,Pengqian Yang,Quantang Fan,Mingying Sun,Chong Liu,Dean Liu,Yanli Zhang,Hua Tao,Meizhi Sun,Ping Zhu,Bingyan Wang,Zhaoyang Jiao,Lei Ren,Daizhong Liu,Xiang Jiao,Hongbiao Huang,Zunqi Lin. High Power Laser Science and Engineering. 2018(04)
[2]脉冲强磁场技术发展现状与趋势[J]. 彭涛,李亮. 物理. 2016(01)
[3]纳秒激光烧蚀固体靶产生的等离子体在外加横向磁场中膨胀时的温度和密度参数演化[J]. 梁亦寒,胡广月,袁鹏,王雨林,赵斌,宋法伦,陆全明,郑坚. 物理学报. 2015(12)
[4]A 7 T Pulsed Magnetic Field Generator for Magnetized Laser Plasma Experiments[J]. 胡广月,梁亦寒,宋法伦,袁鹏,王雨林,赵斌,郑坚. Plasma Science and Technology. 2015(02)
[5]强磁场技术进展[J]. 曹效文. 物理. 1996(09)
博士论文
[1]磁场与激光等离子体相互作用的实验研究[D]. 梁亦寒.中国科学技术大学 2015
本文编号：3505677
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）磁约束聚变装置示意图［１５］
变参数区的磁惯性聚变（ＭＩＦ）称为磁惯性约束聚变（ＭＩＣＦ：?ｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ?ｉｎｅｒｔｉａｌ??ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｆｉｊｓｉｏｎ），理论模拟显示，外加４Ｔ的磁场可以有效降低激光聚变中对??驱动激光能量的要求［１８］，如图１．２所示。??：］??ｆ，：?１。，：参，：??ｉ?？?：安：‘？！／／／??＾????—?ｔｏ＇５?＾?ｈｉ??????？０?３??５，０?ｒ??！〇？＇?￣?ｉ１０?ｒ?＜１?＾??！〇■＇－??？?＼?：丨以?ＴＴ?；??１＾２?ｔ?ｉ?ｉ?ｉ?ｌ?１?ｉ?ｉ?１?ｔｔｆ?Ｌ?１?！?１?１?ｌ－ｉ?－?——??ｔｏ１?ｉ〇ｅ?ｔｏ５?ｉ?ｔｏ＊?ｉｄ＊?ｉｏ＊ｓ?ｉ??ＩＮＩＴＩＡＬ?ＤＥＮＳＩＴＹ?戶〇?ｈ?ｃｍ?３）?ＩＮＩＴＩＡＬ?ＤＥＮＳＩＴＹ?＾?＾?ｃｍ?＊Ｊ｜??图１．２有无磁场是聚变增益的等髙线图。横坐标为初始密度，纵坐标为初始速度［１８］？??对于磁惯性约束聚变（ＭＩＣＦ），外加磁场可以抑制垂直磁场方向的电子热传??导以及部分约束ａ粒子输运，从而降低惯性约束聚变的内爆速度要求。但是在固??体密度下要有效抑制热传导过程，所需的磁场强度远远高于传统强磁场装置??（＜１０００?Ｔ）的能力范围，因此采用磁通压缩的方法来产生这种极强磁场。目前，??磁惯性约束聚变研宄有两种不同的形式。第一种是利用磁场改善传统球形激光??聚变（ＩＣＦ）的内爆性能
特别是受激拉曼散射（ＳＲＳ）?［２４］。在ＯＭＥＧＡ上进行的初步磁化黑腔实??验表明，外加７．５?Ｔ磁场对ＳＲＳ有一定的抑制作用，并将等离子体电子温度提升??５０％卩５］，如图１．４所示。我们的实验和模拟研宄发现外加磁场有望取代充气腔??以达到抑制金腔壁等离子体膨胀的效果［２６］。目前，ＮＩＦ也在研宄使用磁惯性约??束聚变的方式实现点火的可能性［２７］。日本大阪大学的Ｆｕｊｉｏｋａ等人尝试使用电??容线圈靶产生的脉冲强磁场辅助快点火聚变［２８］。??０?１０?２０?３０??ｉｃｖ：ｗ．?Ｒ？ｌｉｕＭｐｍ）??（ｃ）?（ｄ）??????Ｎｏ?ｓｅｅｄ?ｆｉｅｌｄ?Ｂ０?＝?８０ｋＧ?＃牐蓿牐桑裕裕浚牐??ｉ．＾．ｗｎｃｌ?￣??ｉｉ．?；?Ｊ■＇?：??Ｈ??－！００?０?１００?－１００?０?１００?＾?２４．０?２４．５??ＴＣＶ２？＾ＪＩ?Ｘ（ｐｍ）?ｎｖｙｍ?ＷａＨｉｈｋｋｎｃｗ?神?＞??图１．３（ａ）ＳＳ通压缩实验示意图。（ｂ）使用ＬＩＬＡＣ－ＭＨＤ模拟的球形磁化靶丸内的压缩磁场和??离子温度。（ｃ）Ｘ射线背光照相显示磁场对于内爆压缩对称性并没有显著影响。（ｄ）实验中子??产额和离子温度相对于靶丸壁厚变化［２］。??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Status and development of high-power laser facilities at the NLHPLP[J]. Jianqiang Zhu,Jian Zhu,Xuechun Li,Baoqiang Zhu,Weixin Ma,Xingqiang Lu,Wei Fan,Zhigang Liu,Shenlei Zhou,Guang Xu,Guowen Zhang,Xinglong Xie,Lin Yang,Jiangfeng Wang,Xiaoping Ouyang,Li Wang,Dawei Li,Pengqian Yang,Quantang Fan,Mingying Sun,Chong Liu,Dean Liu,Yanli Zhang,Hua Tao,Meizhi Sun,Ping Zhu,Bingyan Wang,Zhaoyang Jiao,Lei Ren,Daizhong Liu,Xiang Jiao,Hongbiao Huang,Zunqi Lin. High Power Laser Science and Engineering. 2018(04)
[2]脉冲强磁场技术发展现状与趋势[J]. 彭涛,李亮. 物理. 2016(01)
[3]纳秒激光烧蚀固体靶产生的等离子体在外加横向磁场中膨胀时的温度和密度参数演化[J]. 梁亦寒,胡广月,袁鹏,王雨林,赵斌,宋法伦,陆全明,郑坚. 物理学报. 2015(12)
[4]A 7 T Pulsed Magnetic Field Generator for Magnetized Laser Plasma Experiments[J]. 胡广月,梁亦寒,宋法伦,袁鹏,王雨林,赵斌,郑坚. Plasma Science and Technology. 2015(02)
[5]强磁场技术进展[J]. 曹效文. 物理. 1996(09)
博士论文
[1]磁场与激光等离子体相互作用的实验研究[D]. 梁亦寒.中国科学技术大学 2015
本文编号：3505677
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