2-36 Z箍缩丝阵负载的优化

宁 成 杨震华 丁 宁

　　对于一个给定的电流波形或一个稳定运行的加速器，负载的初始半径和线质量都存在一个最优化的组合。负载的初始半径和线质量的组合是多种多样的，要想在宽广的范围内寻找最优化组合，用三维、二维甚至一维的辐射磁流体力学程序来进行计算，计算量是非常大的，在短时间内完成负载的优化计算是不可能的。这里从给定的电流波形出发，用零维模型对丝阵负载的优化进行计算。对于一个优化的丝阵负载，首先其内爆到心的动能要达到极大；其次要能形成较均匀的等离子体鞘层，以便能有效地抑制MRT不稳定性的发展，对于短脉冲这就要求丝间距d (inter-wire gap)小于1.4mm，通常取0.5mm。

　　以俄罗斯S-300 Z-pinch装置的电流波形（电流从最大值的10%上升到90%所需要的时间为65ns，电流峰值所对应的时刻为120ns）为基准，对电流峰值为2.5, 4, 5, 6, 8, 20MA的脉冲电流所对应的丝阵负载的初始半径和线质量的优化组合问题进行了系统、大量的计算，得到优化组合方式。并且就电流上升时间对最优线质量的影响也进行了计算。

表 1 丝阵靶优化参数

注：´ 表示制靶难或丝阵丝间隔太大而不宜选用；★愈多愈适宜选用

　　这里仅给出电流峰值为8MA的驱动电流所对应的最优线质量M、钨丝（均为f 6mm）根数N、丝间距d、线质量可变化范围Δ和推荐使用度Q列于表1。负载线质量在范围Δ内，内爆到心动能的变化很小，因此在实验中线质量在M±D 内仍可认为是优化的。另外，为尽可能地获得K壳层的X射线辐射及方便负载的制作，拟取较小的线质量。

　　大量丝阵负载的优化计算，能较全面了解各种电流水平下的适用丝阵负载，也有利于开展Z箍缩实验研究、设计新的实验装置和丝阵负载。决定丝阵负载优化参数的因素主要是电流幅值，其次是电流上升时间；在优化参数中主要是丝阵负载的初始半径，其次是线质量。最优线质量的范围一般是较宽的，有利于丝阵负载的制作，而最优初始半径的范围一般是比较小的。最优线质量随电流上升时间的增加而提高。由本文的计算就可以大致知道具有相同电流幅值而上升时间不同的电流波形所对应的最优线质量范围。内爆动能与电流幅值平方之间成正比例关系，能大致地预测各种电流水平下的Z箍缩实验或装置的内爆动能和X光产额。