近日，西安交通大學電氣工程學院Z箍縮及應(yīng)用研究中心團隊在金屬絲短接的低阻抗桿箍縮二極管等離子體動力學診斷方面取得進展產能提升，研究成果以“Plasma dynamics of a wire-shorted rod-pinch diode for flash x-ray radiography"為題發(fā)表在國際期刊Physics of Plasmas上適應性。西安交通大學電工材料電氣絕緣全國重點實驗室為該論文第一單位，張沛洲博士研究生為第一作者通過活化，石桓通副教授為通訊作者落地生根。今天小卓為大家分享該研究成果，希望對您在等離子體診斷相關(guān)研究或工業(yè)應(yīng)用方面帶來一些靈感和啟發(fā)健康發展。
應(yīng)用方向：X射線閃光照相有效保障、軔致輻射、等離子體診斷與仿真
正文
X射線閃光照相技術(shù)最早應(yīng)用于曼哈頓計劃中核爆模擬的瞬態(tài)診斷長效機製，并在近年來廣泛用于高能沖擊物理講實踐、等離子體物理及爆炸動力學等領(lǐng)域。桿箍縮二極管（Rod-Pinch Diode, RPD）作為一種經(jīng)典的X射線源配置奮戰不懈，因其結(jié)構(gòu)簡單且能產(chǎn)生高質(zhì)量X射線焦點而受到青睞市場開拓。然而，傳統(tǒng)真空RPD的工作阻抗通常較高有所增加，而低阻抗變體（例如等離子體填充RPD或金屬絲短接的RPD）能夠與低阻抗高電流脈沖源匹配各項要求，從而提高X射線轉(zhuǎn)換效率。
本研究聚焦金屬絲短接的RPD（wire-shorted RPD, WS-RPD）越來越重要的位置，其較之于真空間隙的RPD新技術，陰陽極間由金屬絲短接，在脈沖大電流通入后發(fā)生金屬絲電爆炸（electrical wire explosion, EWE）產(chǎn)生等離子體預(yù)短路電極間隙順滑地配合。研究團隊發(fā)現(xiàn)深入，相較于等離子體填充RPD，WS-RPD中的EWE等離子體在X射線輻射階段仍然具有顯著的拖尾質(zhì)量前沿技術，而僅有靠近陽極的一小部分等離子體被推向陽極桿尖*基礎。此外，該結(jié)構(gòu)中的電子束源區(qū)域較大拓展基地，電子從較大的陰極區(qū)域發(fā)射集中展示，并在電場力作用下加速，在自磁場作用下聚焦體系流動性。
圖1: 西安交通大學漢-1脈沖功率驅(qū)動源的實驗診斷布置
研究團隊在西安交通大學漢－1脈沖功率裝置上進行了實驗探索創新，采用多種診斷手段對WS-RPD的等離子體動力學行為進行了深入分析。其中包括：激光干涉測量實現了超越，用于觀察等離子體電子密度分布新產品；四分幅ICCD成像去完善，捕捉等離子體可見光；電參數(shù)測量長遠所需，包括Rogowski線圈測量電流及D-dot探頭測量電壓求索；X射線測量，采用PIN二極管探測X射線的輻射劑量率規模。
圖2: 12發(fā)次亞納秒532nm激光干涉診斷
圖3: 來自兩次獨立發(fā)射的等離子體的可見光波段四幀分幅相機ICCD成像（門寬3 ns）,5m距離
圖4: 負載的MHD仿真
研究結(jié)果表明：EWE等離子體的運動可分為三個階段：（1）初始階段穩定發展，金屬絲爆炸產(chǎn)生等離子體，冷密的絲芯主體質(zhì)量與電流路徑保持靜止聯動；（2）運動階段能力建設，部分等離子體受磁壓力作用向陽極桿尖*移動；（3）X射線輻射階段：受等離子體不穩(wěn)定影響生產體系，原電流路徑耗散服務，電子在磁絕緣的陰陽極間隙中發(fā)射與加速，在陽極尖*聚焦能力和水平，產(chǎn)生X射線輻射覆蓋。此外，研究團隊通過電路分析發(fā)現(xiàn)研究，二極管電壓在X射線輻射前開始上升高效，這一階段的電壓主要來源于等離子體的高速運動及其電流回路擴張帶來的電感的快速變化。隨著原電流路徑的耗散提高，二極管阻性電壓形成強電場加速電子機構，最終產(chǎn)生高能X射線。同時交流，研究團隊利用FLASH磁流體模擬進一步驗證了實驗發(fā)現(xiàn)基礎。本研究*次系統(tǒng)性地揭示了WS-RPD的等離子體動力學過程，并為未來優(yōu)化低阻抗RPD的X射線轉(zhuǎn)換效率提供了實驗數(shù)據(jù)和理論模型還不大。
相關(guān)儀器介紹
文中兩次獨立發(fā)射的等離子體可見光波段ICCD成像（圖3所示）的測試采用卓立漢光FC系列分幅相機4X FramingCamera 進行測量實踐者。
該分幅相機是采用分光系統(tǒng)及快光電子技術(shù)，集4/8臺像增強型門控相機于一體約定管轄，分光后分別傳輸?shù)礁鱾€相機單元上數據，并且采用快光電子控制技術(shù)對多臺相機的拍攝時序和曝光時間進行良好的控制與整合，從而實現(xiàn)高速拍攝發揮。根據(jù)集成的門控相機數(shù)量顯著，分幅相機能夠一次得到最小時間間隔為1ns兩幅、四幅或八幅圖像, 從而達到近乎10億幀的幀速開放以來，廣泛用于超短時間分辨成像和光譜測量占，如快速熒光成像、瞬態(tài)等離子體成像和速度測量結構不合理、爆轟過程中的發(fā)光現(xiàn)象動手能力，汽車工業(yè)用超快速燃燒研究等重要的研究領(lǐng)域。
下圖為FC系列4X Framing Camera四分幅相機采集到的實驗數(shù)據(jù)意見征詢。
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