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Z箍缩内爆的MARED程序数值模拟分析

丁宁 邬吉明 戴自换 张扬 尹丽 姚彦忠 孙顺凯 宁成 束小建

Z箍缩内爆的MARED程序数值模拟分析

丁宁, 邬吉明, 戴自换, 张扬, 尹丽, 姚彦忠, 孙顺凯, 宁成, 束小建
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  • MARED程序是模拟Z箍缩内爆过程的二维三温辐射磁流体力学程序,它适用于不同装置条件和不同负载参数.利用MARED程序对Z箍缩内爆进行模拟,结合丝阵Z箍缩实验分析表明:相同负载质量条件下,钨丝阵内爆产生的X射线辐射功率远大于铝丝阵产生的X射线功率;相同负载电流条件下,负载质量越大,计算得到的X射线功率越低;X射线功率随着负载电流增加而增加.MARED程序能够较好地反映Z箍缩内爆动力学过程,特别是不稳定性发展的二维图像,能够给出与不稳定性简化模型的理论分析及实验结果定性一致的演化规律.MARED程序模拟丝阵填充泡沫形成辐射场的初步计算得到了与Sandia实验室模拟Z装置上丝阵填充泡沫定性一致的结果.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10975022,10775021,10575014)、国家自然科学基金重点项目(批准号: 10635050)和国防基础科学研究计划(批准号:A1520070074)资助的课题.
    [1]

    Deeney C, Douglas M R, Spielman R B, Nash T J, Peterson D L, Eplattenier P L, Chandler G A, Seamen J F, Struve K W 1998 Phys. Rev. Lett. 81 4883

    [2]

    Sandford T W L, Allshouse G O, Marder B M, Nash T J, Mock R C, Spielman R B, Seamen J F, McGurn J S, Jobe D, Gilliland T L, Vargas M, Struve K W, Stygar W A, Douglas M R, Matzen M K 1996 Phys. Rev. Lett. 77 5063

    [3]

    Deeney C, Nash T J, Spielman R B, Seaman J F, Chandler G C, Struve K W, Porter J L, Stygar W A, McGurn J S, Jobe D O, Gilliland T L, Torres J A, Vargas M F, Ruggles L E, Breeze S, Mock R C, Douglas M R, Feh D L, McDanie D H, Matzen M K, Peterson D L, Matuska W, Roderick N F, MacFarlane J J 1997 Phys. Rev. E 56 5945

    [4]

    Peterson D L, Bowers R L, Brownell J H, Greene A E, McLenithan K D, Oliphant T A, Roderick N F, Scannapieco A J 1996 Phys. Plasmas 3 368

    [5]

    Peterson D L, Bowers R L, McLenithan K D, Deeney C, Chandler G A, Spielman R B, Matzen M K, Roderick N F 1998 Phys. Plasmas 5 3302

    [6]

    Chittenden J P, Lebedev S V, Bland S N, Beg F N, Haines M G 2001 Phys. Plasmas 8 2305

    [7]

    Chittenden J P, Lebedev S V, Jennings C A, Bland S N, Ciardi A 2004 Plasma Phys. Contr. Fusion 46 B457

    [8]

    Ning C, Yang Z H, Ding N 2003 Acta Phys. Sin. 52 1650 (in Chinese) [宁 成、杨震华、丁 宁 2003 物理学报 52 1650]

    [9]

    Ding N, Yang Z H, Ning C 2004 Acta Phys. Sin. 53 808 (in Chinese) [丁 宁、杨震华、宁 成 2004 物理学报 53 808]

    [10]

    Duan Y Y, Guo Y H, Wang W S, Qiu A C 2004 Acta Phys. Sin. 53 2654 (in Chinese) [段耀勇、郭永辉、王文生、邱爱慈 2004 物理学报 53 2654]

    [11]

    Ning C, Yang Z H, Ding N 2002 High Power Laser and Particle Beams 14 877 (in Chinese) [宁 成、杨震华、丁 宁 2002 强激光与粒子束 14 877]

    [12]

    Wang G H, Hu X J, Sun C W 2004 Chin. J. High Pres. Phys. 18 364 (in Chinese) [王刚华、胡熙静、孙承纬 2004 高压物理学报 18 364]

    [13]

    Ding N, Zhang Y, Liu Q, Xiao D L, Shu X J, Ning C 2009 Acta Phys. Sin. 58 1083(in Chinese) [丁 宁、张 扬、刘 全、肖德龙、束小建、宁 成 2009 物理学报 58 1083]

    [14]

    Ding N, Wu J M, Yang Z H, Fu S W, Ning C, Liu Q, Shu X J, Zhang Y, Dai Z H 2008 High Power Laser and Particle Beams 20 212 (in Chinese) [丁 宁、邬吉明、杨震华、符尚武、宁 成、刘 全、束小建、张 扬、戴自换 2008 强激光与粒子束 20 212]

    [15]

    Sanford T W L, Olson R E, Mock R C, Chandler G A, Leeper R J, Nash T J, Ruggles L E, Simpson W W, Struve K W, Peterson D L, Bowers R L, Matuska W 2000 Phys. Plasmas 7 4669

    [16]

    Fu S W, Shen L J, Huang S K 1998 High Technol. Lett. 8 53 (in Chinese) [符尚武、沈隆钧、黄书科 1998 高技术通讯 8 53]

    [17]

    Thornhill J W, Whitney K G, Deeney C, LePell P D 1994 Phys. Plasmas 1 321

    [18]

    Lee K T, Kim S H, Kim D, Lee T N 1996 Phys. Plasmas 3 1340

    [19]

    Deeney C, Coverdale C A, Douglas M R 2001 Laser and Particle Beams 19 497

    [20]

    Sanford T W L, Mock R C, Spielman R B, Peterson D L, Mosher D, Roderick N F 1998 Phys. Plasmas 5 3737

    [21]

    Douglas M R, Deeney C, Roderick N F 1998 Phys. Plasmas 5 4183

    [22]

    Haines M G 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 1275

    [23]

    Lebedev S V, Beg F N, Bland S N, Chittenden J P, Dangor A E, Haines M G, Kwek K H, Pikuz S A, Shelkovenko T A 2001 Phys. Plasmas 8 3734

    [24]

    Matzen M K 1997 Phys. Plasmas 4 1519

    [25]

    Leeper R J, Alberts T E, Asay J R, Baca P M, Baker K L, Breeze S P, Chandler G A, Cook D L, Cooper G W, Deeney C, Derzon M S, Douglas M R, Fehl D L, Gilliland T, Hebron D E, Hurst M J, Jobe D O, Kellogg J W, Lash J S, Lazier S E, Matzen M K, McDaniel D H, McGurn J S, Mehlhorn T A, Moats A R, Mock R C, Muron D J, Nash T J, Olson R E, Porter J L, Quintenz J P, Reyes P V, Ruggles L E, Ruiz C L, Sanford T W L, Schmidlapp F A, Seamen J F, Spielman R B, Stark M A, Struve K W, Stygar W A, Tibbetts-Russell D R, Torres J A, Vargas M, Wagoner T C, Wakefield C, Hammer J H, Ryutov D D, Tabak M, Wilks S C, Bowers R L, McLenithan K D, Peterson D L 1999 Nucl. Fusion 39 1283

    [26]

    Hammer J H, Tabak M, Wilks S C, Lind J D, Bailey D S, Rambo P W, Toor A, Zimmerman G B, Porter J L Jr 1999 Phys. Plasmas 6 2129

    [27]

    Haines M G, Sanford T W L, Smirnov V P 2005 Plasma Phys. Contr. Fusion 47 B1

    [28]

    Cuneo M E, Sinars D B, Waisman E M, Bliss D E, Stygar W A, Vesey R A, Lemke R W, Smith I C, Rambo P K, Porter J L, Chandler G A, Nash T J, Mazarakis M G, Adams R G, Yu E P, Struve K W, Mehlhorn T A, Lebedev S V, Chittenden J P, Jennings C A 2006 Phys. Plasmas 13 056318

  • [1]

    Deeney C, Douglas M R, Spielman R B, Nash T J, Peterson D L, Eplattenier P L, Chandler G A, Seamen J F, Struve K W 1998 Phys. Rev. Lett. 81 4883

    [2]

    Sandford T W L, Allshouse G O, Marder B M, Nash T J, Mock R C, Spielman R B, Seamen J F, McGurn J S, Jobe D, Gilliland T L, Vargas M, Struve K W, Stygar W A, Douglas M R, Matzen M K 1996 Phys. Rev. Lett. 77 5063

    [3]

    Deeney C, Nash T J, Spielman R B, Seaman J F, Chandler G C, Struve K W, Porter J L, Stygar W A, McGurn J S, Jobe D O, Gilliland T L, Torres J A, Vargas M F, Ruggles L E, Breeze S, Mock R C, Douglas M R, Feh D L, McDanie D H, Matzen M K, Peterson D L, Matuska W, Roderick N F, MacFarlane J J 1997 Phys. Rev. E 56 5945

    [4]

    Peterson D L, Bowers R L, Brownell J H, Greene A E, McLenithan K D, Oliphant T A, Roderick N F, Scannapieco A J 1996 Phys. Plasmas 3 368

    [5]

    Peterson D L, Bowers R L, McLenithan K D, Deeney C, Chandler G A, Spielman R B, Matzen M K, Roderick N F 1998 Phys. Plasmas 5 3302

    [6]

    Chittenden J P, Lebedev S V, Bland S N, Beg F N, Haines M G 2001 Phys. Plasmas 8 2305

    [7]

    Chittenden J P, Lebedev S V, Jennings C A, Bland S N, Ciardi A 2004 Plasma Phys. Contr. Fusion 46 B457

    [8]

    Ning C, Yang Z H, Ding N 2003 Acta Phys. Sin. 52 1650 (in Chinese) [宁 成、杨震华、丁 宁 2003 物理学报 52 1650]

    [9]

    Ding N, Yang Z H, Ning C 2004 Acta Phys. Sin. 53 808 (in Chinese) [丁 宁、杨震华、宁 成 2004 物理学报 53 808]

    [10]

    Duan Y Y, Guo Y H, Wang W S, Qiu A C 2004 Acta Phys. Sin. 53 2654 (in Chinese) [段耀勇、郭永辉、王文生、邱爱慈 2004 物理学报 53 2654]

    [11]

    Ning C, Yang Z H, Ding N 2002 High Power Laser and Particle Beams 14 877 (in Chinese) [宁 成、杨震华、丁 宁 2002 强激光与粒子束 14 877]

    [12]

    Wang G H, Hu X J, Sun C W 2004 Chin. J. High Pres. Phys. 18 364 (in Chinese) [王刚华、胡熙静、孙承纬 2004 高压物理学报 18 364]

    [13]

    Ding N, Zhang Y, Liu Q, Xiao D L, Shu X J, Ning C 2009 Acta Phys. Sin. 58 1083(in Chinese) [丁 宁、张 扬、刘 全、肖德龙、束小建、宁 成 2009 物理学报 58 1083]

    [14]

    Ding N, Wu J M, Yang Z H, Fu S W, Ning C, Liu Q, Shu X J, Zhang Y, Dai Z H 2008 High Power Laser and Particle Beams 20 212 (in Chinese) [丁 宁、邬吉明、杨震华、符尚武、宁 成、刘 全、束小建、张 扬、戴自换 2008 强激光与粒子束 20 212]

    [15]

    Sanford T W L, Olson R E, Mock R C, Chandler G A, Leeper R J, Nash T J, Ruggles L E, Simpson W W, Struve K W, Peterson D L, Bowers R L, Matuska W 2000 Phys. Plasmas 7 4669

    [16]

    Fu S W, Shen L J, Huang S K 1998 High Technol. Lett. 8 53 (in Chinese) [符尚武、沈隆钧、黄书科 1998 高技术通讯 8 53]

    [17]

    Thornhill J W, Whitney K G, Deeney C, LePell P D 1994 Phys. Plasmas 1 321

    [18]

    Lee K T, Kim S H, Kim D, Lee T N 1996 Phys. Plasmas 3 1340

    [19]

    Deeney C, Coverdale C A, Douglas M R 2001 Laser and Particle Beams 19 497

    [20]

    Sanford T W L, Mock R C, Spielman R B, Peterson D L, Mosher D, Roderick N F 1998 Phys. Plasmas 5 3737

    [21]

    Douglas M R, Deeney C, Roderick N F 1998 Phys. Plasmas 5 4183

    [22]

    Haines M G 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 1275

    [23]

    Lebedev S V, Beg F N, Bland S N, Chittenden J P, Dangor A E, Haines M G, Kwek K H, Pikuz S A, Shelkovenko T A 2001 Phys. Plasmas 8 3734

    [24]

    Matzen M K 1997 Phys. Plasmas 4 1519

    [25]

    Leeper R J, Alberts T E, Asay J R, Baca P M, Baker K L, Breeze S P, Chandler G A, Cook D L, Cooper G W, Deeney C, Derzon M S, Douglas M R, Fehl D L, Gilliland T, Hebron D E, Hurst M J, Jobe D O, Kellogg J W, Lash J S, Lazier S E, Matzen M K, McDaniel D H, McGurn J S, Mehlhorn T A, Moats A R, Mock R C, Muron D J, Nash T J, Olson R E, Porter J L, Quintenz J P, Reyes P V, Ruggles L E, Ruiz C L, Sanford T W L, Schmidlapp F A, Seamen J F, Spielman R B, Stark M A, Struve K W, Stygar W A, Tibbetts-Russell D R, Torres J A, Vargas M, Wagoner T C, Wakefield C, Hammer J H, Ryutov D D, Tabak M, Wilks S C, Bowers R L, McLenithan K D, Peterson D L 1999 Nucl. Fusion 39 1283

    [26]

    Hammer J H, Tabak M, Wilks S C, Lind J D, Bailey D S, Rambo P W, Toor A, Zimmerman G B, Porter J L Jr 1999 Phys. Plasmas 6 2129

    [27]

    Haines M G, Sanford T W L, Smirnov V P 2005 Plasma Phys. Contr. Fusion 47 B1

    [28]

    Cuneo M E, Sinars D B, Waisman E M, Bliss D E, Stygar W A, Vesey R A, Lemke R W, Smith I C, Rambo P K, Porter J L, Chandler G A, Nash T J, Mazarakis M G, Adams R G, Yu E P, Struve K W, Mehlhorn T A, Lebedev S V, Chittenden J P, Jennings C A 2006 Phys. Plasmas 13 056318

  • [1] 赵 刚, 王 薇, 张 杰. 吸积盘的X射线辐射对周围星际物质的离化研究. 物理学报, 2006, 55(1): 287-293. doi: 10.7498/aps.55.287
    [2] 朱卫卫, 张秋菊, 张延惠, 焦扬. 电子在激光驻波场中运动产生的太赫兹及X射线辐射研究. 物理学报, 2015, 64(12): 124104. doi: 10.7498/aps.64.124104
    [3] 宁 成, 杨震华, 丁 宁. 喷气Z箍缩内爆动力学过程的数值模拟研究. 物理学报, 2003, 52(7): 1650-1655. doi: 10.7498/aps.52.1650
    [4] 杨谟华, 谭开洲, 徐世六, 张正璠, 刘玉奎, 钟 怡, 胡刚毅, 何开全. 一种N沟VDMOS电离辐射界面陷阱电流传导性研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1872-1877. doi: 10.7498/aps.57.1872
    [5] 宁 成, 丁 宁, 杨震华. “强光一号”装置上部分Z箍缩实验结果的物理分析. 物理学报, 2007, 56(1): 338-345. doi: 10.7498/aps.56.338
    [6] 宁 成, 杨震华, 丁 宁. Z箍缩内爆过程中的能量转换机制研究. 物理学报, 2003, 52(2): 415-420. doi: 10.7498/aps.52.415
    [7] E. V. Grabovsky, G. M. Oleynic, V. V. Alexandrov, V. P. Smirnov, 丁宁, 徐荣昆, 李正宏, 杨建伦, 蒋世伦, 章法强, 王真, 许泽平, 宁家敏, 李林波, 周秀文. 中俄Z-pinch联合实验新进展. 物理学报, 2011, 60(4): 045208. doi: 10.7498/aps.60.045208
    [8] 夏广新, 章法强, 许泽平, 徐荣昆, 陈进川, 宁家敏. 单层丝阵负载Z箍缩内爆辐射特性研究. 物理学报, 2010, 59(1): 97-102. doi: 10.7498/aps.59.97
    [9] 邱爱慈, 蒯 斌, 曾正中, 王文生, 邱孟通, 王亮平, 丛培天, 吕 敏. “强光一号”钨丝阵Z箍缩等离子体辐射特性研究. 物理学报, 2006, 55(11): 5917-5922. doi: 10.7498/aps.55.5917
    [10] 邹晓兵, 王新新, 张贵新, 韩 旻, 罗承沐. 喷气式Z箍缩等离子体辐射软X射线能谱的研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1289-1294. doi: 10.7498/aps.55.1289
    [11] 薛飞彪, 郭 存, 李正宏, 杨建伦, 徐荣昆, 章法强, 叶 凡, 金永杰. 利用凸晶摄谱仪获取Z箍缩等离子体X辐射单色图像. 物理学报, 2008, 57(3): 1792-1795. doi: 10.7498/aps.57.1792
    [12] 黄俊, 孙顺凯, 肖德龙, 丁宁, 宁成, 张扬, 薛创. 丝阵Z箍缩早期消融等离子体动力学的二维数值模拟研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6351-6361. doi: 10.7498/aps.59.6351
    [13] 原晓霞, 仲佳勇. 双等离子体团相互作用的磁流体力学模拟. 物理学报, 2017, 66(7): 075202. doi: 10.7498/aps.66.075202
    [14] 高启, 张传飞, 周林, 李正宏, 吴泽清, 雷雨, 章春来, 祖小涛. Z箍缩Al等离子体X辐射谱线的分离及电子温度的提取. 物理学报, 2014, 63(9): 095201. doi: 10.7498/aps.63.095201
    [15] 吕敏, 吴刚, 邱爱慈, 王亮平, 邱孟通, 丛培天. 双层喷气Z箍缩氖等离子体K层辐射研究. 物理学报, 2011, 60(1): 015203. doi: 10.7498/aps.60.015203
    [16] 高启, 张传飞, 周林, 李正宏, 吴泽清, 雷雨, 章春来, 祖小涛. Z箍缩Al等离子体X特征辐射谱线数值模拟及考虑叠加效应后的修正. 物理学报, 2014, 63(12): 125202. doi: 10.7498/aps.63.125202
    [17] 但加坤, 任晓东, 黄显宾, 张思群, 周少彤, 段书超, 欧阳凯, 蔡红春, 卫兵, 计策, 何安, 夏明鹤, 丰树平, 王勐, 谢卫平. Z箍缩内爆产生的电磁脉冲辐射. 物理学报, 2013, 62(24): 245201. doi: 10.7498/aps.62.245201
    [18] 丁宁, 张扬, 刘全, 肖德龙, 束小建, 宁成. 电感分布对双层丝阵Z箍缩内爆动力学模式的影响. 物理学报, 2009, 58(2): 1083-1090. doi: 10.7498/aps.58.1083
    [19] 盛亮, 王亮平, 李阳, 彭博栋, 张美, 吴坚, 王培伟, 魏福利, 袁媛. 平面丝阵负载Z箍缩内爆动力学一维图像诊断. 物理学报, 2011, 60(10): 105205. doi: 10.7498/aps.60.105205
    [20] 盛亮, 邱孟通, 黑东炜, 邱爱慈, 丛培天, 王亮平, 魏福利. 丝阵负载Z箍缩内爆动力学研究. 物理学报, 2011, 60(5): 055205. doi: 10.7498/aps.60.055205
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-02-01
  • 修回日期:  2010-06-04
  • 刊出日期:  2010-12-15

Z箍缩内爆的MARED程序数值模拟分析

  • 1. 北京应用物理与计算数学研究所,北京 100094
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:10975022,10775021,10575014)、国家自然科学基金重点项目(批准号: 10635050)和国防基础科学研究计划(批准号:A1520070074)资助的课题.

摘要: MARED程序是模拟Z箍缩内爆过程的二维三温辐射磁流体力学程序,它适用于不同装置条件和不同负载参数.利用MARED程序对Z箍缩内爆进行模拟,结合丝阵Z箍缩实验分析表明:相同负载质量条件下,钨丝阵内爆产生的X射线辐射功率远大于铝丝阵产生的X射线功率;相同负载电流条件下,负载质量越大,计算得到的X射线功率越低;X射线功率随着负载电流增加而增加.MARED程序能够较好地反映Z箍缩内爆动力学过程,特别是不稳定性发展的二维图像,能够给出与不稳定性简化模型的理论分析及实验结果定性一致的演化规律.MARED程序模拟丝阵填充泡沫形成辐射场的初步计算得到了与Sandia实验室模拟Z装置上丝阵填充泡沫定性一致的结果.

English Abstract

参考文献 (28)

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