在核聚變與等離子體物理領(lǐng)域,離子束在等離子體中的能量沉積與輸運過程是“重離子束驅(qū)動高能量密度物質(zhì)”、“熱核聚變反應(yīng)堆能量輸運”、“聚變自持燃燒中的氦離子加熱”以及“慣性約束聚變中離子束快點火”等前沿研究中最關(guān)鍵的物理問題之一。目前在低能區(qū)離子束與等離子體相互作用的實驗研究相對較少,不同理論與模擬數(shù)據(jù)之間可能有30%甚至量級上的差距,這些理論及模擬模型亟需高精度實驗進(jìn)行檢驗和完善。本文介紹了在中國科學(xué)院近代物理研究所320 k V綜合實驗研究平臺上開展的低能離子束與等離子體相互作用實驗,分析了100 ke V質(zhì)子束與400 ke V氦離子束穿過等離子體后的能量損失以及相對等量氣體的阻止本領(lǐng)增強效應(yīng)。實驗中所用的等離子體靶通過氣體放電方式產(chǎn)生,使用羅氏線圈測量瞬時放電電流,激光干涉方法診斷等離子體狀態(tài)。實驗中放電電壓為3-5 k V,初始?xì)鈮簽?-8 mbar,產(chǎn)生的等離子體靶自由電子密度可達(dá)10¹6 cm^-3,電子溫度約為1-2 e V,分別在不同延遲時間下測量了質(zhì)子和He²⁺離子的能量損失。研究發(fā)現(xiàn)離子束的能損和等離子體... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)甘肅省

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同入射離子能量損失的實驗值與理論值的比較

圖1.2 Kr離子在氫等離子體靶和氫氣體靶中阻止本領(lǐng)實驗值和理論值的比較目前對于離子與等離子體的相互作用研究主要集中在能損及電荷態(tài)效應(yīng)兩面，雖然該研究已持續(xù)了幾十年，但對于低能入射離子束或高密度等離子體存在許多問題，實驗數(shù)據(jù)比較匱乏，與現(xiàn)有理論模型的預(yù)測也存在較大的差相關(guān)機(jī)制仍需進(jìn)一步深入研究，還有許多工作要做。研究意義1 在慣性約束聚變中的應(yīng)用在慣性約束聚變(Inertial Confinement Fusion，ICF)中，靶丸由氘(D)氚(T)燃料摩爾混合制成，驅(qū)動束直接[10]或間接加熱靶丸引起聚變[11-12]。一種典型的驅(qū)是高能激光束，可以使靶達(dá)到非常高的溫度和密度。在 ICF 的框架內(nèi)，研究

以更短的皮秒激光束觸發(fā)強流超短離子束加熱第一階段壓縮得到的稠密靶達(dá)到點火，目前最流行的是質(zhì)子束快點火，強流質(zhì)子束在靶丸內(nèi)部[13]或緊鄰靶的外部[14-15]用激光加速，如圖 1.4 所示。除了質(zhì)子，也可以使用碳離子[16-17]或重的離子[18]。另一個動機(jī)更為重要，因為在所有形式的聚變中都存在 α 粒子對圍燃料的加熱過程。在熱稠密的 DT 燃料中，當(dāng)熱核反應(yīng)被觸發(fā)的時候，α 粒子通過下列反應(yīng)產(chǎn)生：2 3 41 1 2H H He (3.5 MeV ) n (14.1M eV)產(chǎn)生的 α 粒子充當(dāng)驅(qū)動束加熱周圍較冷較稀的等離子體介質(zhì)，使得自持燃燒得進(jìn)行，α 粒子的加熱效率直接決定了聚變的能量產(chǎn)出[19-21]。不管是重離子束聚變，離子束驅(qū)動的快點火還是 α-heating，深入理解離子束在等離子體中的能量沉積機(jī)制對于建立模型和控制整個聚變過程都是至關(guān)重要的。


本文編號：3124556