[發明專利]平面金屬薄膜負載裝置

有效

• 申請號: 201410457940.3
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104202903B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 袁媛;盛亮;李陽;張美;彭博棟;趙吉禎;李奎念;王培偉;李沫;王亮平
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: H05H5/02
• 分類號: H05H5/02;H05H1/04
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明涉及脈沖功率加速器的負載裝置或負載實驗裝置，具體涉及一種用于研究Z箍縮過程不穩定性發展的負載設計。

背景技術

Z箍縮(Z-Pinch)是指由Z方向上的脈沖電流產生的角向磁場對等離子體進行徑向壓縮。作為一種高效的X射線源，Z箍縮在慣性約束核聚變、高能量密度物理和實驗室天體物理等方面得到廣泛應用。傳統的Z箍縮實驗中，一般使用金屬絲陣負載進行實驗。如目前在“強光一號”加速器上進行的Z箍縮實驗，就是采用平面和柱形絲陣負載。強光I號加速器中央存儲單元中的電流經脈沖壓縮單元、脈沖形成線之后，形成一個峰值大于1MA，半寬為100ns量級的電流脈沖，施加于安裝在真空腔室中的負載上，金屬絲負載在大電流作用下，迅速經歷從固態到等離子體的相變過程，所產生的等離子體在角向磁場作用下向負載中心聚爆，產生X射線(圖1)。用這類負載進行Z箍縮實驗，X射線轉換效率和輻射功率較高。但從分幅照相的情況看，所產生的箍縮柱存在較大的不穩定性。這是由于在箍縮過程中，等離子體向軸心聚集過程所受到的磁流體力學不穩定性的影響，使得等離子體殼層結構發生變形甚至遭到破壞的結果。

近幾年，美國圣地亞實驗室提出了一種被稱作磁化套筒靶慣性約束核聚變(MagLIF)的新技術，這種技術旨在26MA驅動電流下實現高增益點火，相關文獻表明，制約這種技術發展的最重要因素之一是套筒靶的不穩定性發展。

近年來，從事Z箍縮研究的科研人員利用單絲、雙層等負載結構研究箍縮過程中不穩定性發展的物理過程，以克服其帶來的不利影響，但相關研究成果很難應用于分析MagLIF套筒靶在致穩磁場作用下不穩定性的發展狀況。

發明內容

本發明提供一種外爆型平面金屬薄膜負載，可以用于研究MA量級(強光I號)Z箍縮實驗中，負載受力方向與不穩定性發展方向相同時，負載的不穩定性發展過程。

本發明的技術解決方案是：

平面金屬薄膜負載裝置，包括負載、負載陰極及負載陽極，其特殊之處在于：所述負載為平面金屬薄膜，所述平面金屬薄膜呈拉直狀態，一端與負載陰極電連接，另一端與負載陽極電連接；

所述負載裝置還包括位于負載陰極和負載陽極之間的回流裝置，所述回流裝置包括回流柱底座及兩個回流柱，所述兩個回流柱對稱設置在平面金屬薄膜的兩側且與平面金屬薄膜之間的距離可調，所述回流柱的一端與負載陽極電接觸，所述回流柱的另一端與回流柱底座電連接，所述回流柱底座與負載陰極電連接。

上述負載陽極包括陽極板及夾緊裝置，所述陽極板的與回流柱電連接，所述夾緊裝置固定在陽極板上，所述陽極板的中心處開設有通孔，所述平面金屬薄膜的一端經過通孔與夾緊裝置固定連接。

上述夾緊裝置包括固定座、兩個半圓柱、兩個夾軸固定扣及彈片，所述固定座的材料為非金屬絕緣材料，所述兩個半圓柱相扣形成夾軸，所述夾軸安裝于固定座內且兩端伸出固定座；

所述夾軸固定扣包括本體及設置在本體上與本體垂直的轉軸，兩個夾軸固定扣通過轉軸安裝于固定座的兩側，所述轉軸的安裝位置低于夾軸的中心軸，所述本體上還開設有朝向夾軸開口的凹槽，所述凹槽為以轉軸為中心的弧形槽，所述弧形槽的徑向尺寸與夾軸向適配，當旋轉固定扣時，所述弧形槽能夠包裹住伸出固定座的夾軸；

所述彈片設置在固定座邊緣且朝陽極板通孔方向伸出，所述平面金屬薄膜由通孔穿出后沿彈片進入固定座中的夾軸由夾軸夾緊。

上述負載陰極包括陰極底座、陰極夾口及固定套；

所述陰極夾口包括相扣合的兩個半圓錐，所述兩個半圓錐設置在陰極底座上，所述固定套的內表面包括圓錐面及與圓錐面大端連接的圓柱面，所述固定套從陰極夾口的小端套入，套入過程中固定套的圓錐面部分壓緊陰極夾口的兩個半圓錐，固定套的圓柱面部分與陰極底座螺紋連接；

所述回流柱底座上設置有與陽極板上通孔位置及大小相適配的錐形孔，所述陰極夾口伸入錐形孔中夾持平面金屬薄膜的一端，所述陰極夾口與錐形孔圓錐面配合。

上述陰極底座與陰極夾口為兩個分立的器件。

上述陰極底座與陰極夾口之間還設置有墊圈。

上述平面金屬薄膜為鋁膜或鎢膜，其寬度為范圍為0.2-1.5cm，長度為8-10cm，厚度小于50μm。

本發明與現有技術相比，優點是：

1、平面金屬薄膜負載作為Z箍縮不穩定性研究實驗中的一個關鍵部件，在于它可以研究負載平面兩側存在受力時，不穩定性的發展情況。相關研究結果可以應用于分析MagLIF套筒靶在致穩磁場作用下不穩定性發展情況。