[发明专利]平面金属薄膜负载装置

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，半宽为100ns量级的电流脉冲，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

本发明提供一种外爆型平面金属薄膜负载，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是：

平面金属薄膜负载装置，包括负载、负载阴极及负载阳极，其特殊之处在于：所述负载为平面金属薄膜，所述平面金属薄膜呈拉直状态，一端与负载阴极电连接，另一端与负载阳极电连接；

所述负载装置还包括位于负载阴极和负载阳极之间的回流装置，所述回流装置包括回流柱底座及两个回流柱，所述两个回流柱对称设置在平面金属薄膜的两侧且与平面金属薄膜之间的距离可调，所述回流柱的一端与负载阳极电接触，所述回流柱的另一端与回流柱底座电连接，所述回流柱底座与负载阴极电连接。

上述负载阳极包括阳极板及夹紧装置，所述阳极板的与回流柱电连接，所述夹紧装置固定在阳极板上，所述阳极板的中心处开设有通孔，所述平面金属薄膜的一端经过通孔与夹紧装置固定连接。

上述夹紧装置包括固定座、两个半圆柱、两个夹轴固定扣及弹片，所述固定座的材料为非金属绝缘材料，所述两个半圆柱相扣形成夹轴，所述夹轴安装于固定座内且两端伸出固定座；

所述夹轴固定扣包括本体及设置在本体上与本体垂直的转轴，两个夹轴固定扣通过转轴安装于固定座的两侧，所述转轴的安装位置低于夹轴的中心轴，所述本体上还开设有朝向夹轴开口的凹槽，所述凹槽为以转轴为中心的弧形槽，所述弧形槽的径向尺寸与夹轴向适配，当旋转固定扣时，所述弧形槽能够包裹住伸出固定座的夹轴；

所述弹片设置在固定座边缘且朝阳极板通孔方向伸出，所述平面金属薄膜由通孔穿出后沿弹片进入固定座中的夹轴由夹轴夹紧。

上述负载阴极包括阴极底座、阴极夹口及固定套；

所述阴极夹口包括相扣合的两个半圆锥，所述两个半圆锥设置在阴极底座上，所述固定套的内表面包括圆锥面及与圆锥面大端连接的圆柱面，所述固定套从阴极夹口的小端套入，套入过程中固定套的圆锥面部分压紧阴极夹口的两个半圆锥，固定套的圆柱面部分与阴极底座螺纹连接；

所述回流柱底座上设置有与阳极板上通孔位置及大小相适配的锥形孔，所述阴极夹口伸入锥形孔中夹持平面金属薄膜的一端，所述阴极夹口与锥形孔圆锥面配合。

上述阴极底座与阴极夹口为两个分立的器件。

上述阴极底座与阴极夹口之间还设置有垫圈。

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、平面金属薄膜负载作为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两侧存在受力时，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。