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近日深入闡釋，西安交通大學電氣工程學院Z箍縮及應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，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上完成的事情。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物聯與互聯，張沛洲博士研究生為第一作者穩定，石桓通副教授為通訊作者。今天小卓為大家分享該研究成果供給，希望對您在等離子體診斷相關研究或工業(yè)應用方面帶來一些靈感和啟發(fā)優勢與挑戰。

應用方向：X射線閃光照相、軔致輻射等地、等離子體診斷與仿真

正文

X射線閃光照相技術最早應用于曼哈頓計劃中核爆模擬的瞬態(tài)診斷最為顯著，并在近年來廣泛用于高能沖擊物理尤為突出、等離子體物理及爆炸動力學等領域規定。桿箍縮二極管（Rod-Pinch Diode, RPD）作為一種經(jīng)典的X射線源配置，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空間載體。然而高質量，傳統(tǒng)真空RPD的工作阻抗通常較高，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重要組成部分，從而提高X射線轉(zhuǎn)換效率流程。

本研究聚焦金屬絲短接的RPD（wire-shorted RPD, WS-RPD），其較之于真空間隙的RPD勃勃生機，陰陽極間由金屬絲短接助力各業，在脈沖大電流通入后發(fā)生金屬絲電爆炸（electrical wire explosion, EWE）產(chǎn)生等離子體預短路電極間隙。研究團隊發(fā)現(xiàn)提供有力支撐，相較于等離子體填充RPD應用，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，而僅有靠近陽極的一小部分等離子體被推向陽極桿尖*品率。此外相貫通，該結(jié)構(gòu)中的電子束源區(qū)域較大，電子從較大的陰極區(qū)域發(fā)射積極影響，并在電場力作用下加速自動化方案，在自磁場作用下聚焦。

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越來越重要，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線上線下。其中包括：激光干涉測量，用于觀察等離子體電子密度分布醒悟；四分幅ICCD成像數據顯示，捕捉等離子體可見光；電參數(shù)測量能運用，包括Rogowski線圈測量電流及D-dot探頭測量電壓達到；X射線測量，采用PIN二極管探測X射線的輻射劑量率不可缺少。

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）初始階段蓬勃發展，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；（2）運動階段發展邏輯，部分等離子體受磁壓力作用向陽極桿尖*移動凝聚力量；（3）X射線輻射階段：受等離子體不穩(wěn)定影響，原電流路徑耗散聽得進，電子在磁絕緣的陰陽極間隙中發(fā)射與加速新的力量，在陽極尖*聚焦，產(chǎn)生X射線輻射便利性。此外全面展示，研究團隊通過電路分析發(fā)現(xiàn)，二極管電壓在X射線輻射前開始上升深刻認識，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核心技術。隨著原電流路徑的耗散，二極管阻性電壓形成強電場加速電子主動性，最終產(chǎn)生高能X射線創造性。同時，研究團隊利用FLASH磁流體模擬進一步驗證了實驗發(fā)現(xiàn)道路。本研究*次系統(tǒng)性地揭示了WS-RPD的等離子體動力學過程規模設備，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。

相關儀器介紹

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 進行測量指導。

該分幅相機是采用分光系統(tǒng)及快光電子技術競爭力，集4/8臺像增強型門控相機于一體，分光后分別傳輸?shù)礁鱾€相機單元上規則製定，并且采用快光電子控制技術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製造業，從而實現(xiàn)高速拍攝。根據(jù)集成的門控相機數(shù)量關規定，分幅相機能夠一次得到最小時間間隔為1ns兩幅發展基礎、四幅或八幅圖像, 從而達到近乎10億幀的幀速，廣泛用于超短時間分辨成像和光譜測量建強保護，如快速熒光成像同期、瞬態(tài)等離子體成像和速度測量、爆轟過程中的發(fā)光現(xiàn)象使命責任，汽車工業(yè)用超快速燃燒研究等重要的研究領域效果。

下圖為FC系列4X Framing Camera四分幅相機采集到的實驗數(shù)據(jù)。

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