Z箍縮傳輸及匯流過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年，隨著對Z箍縮裝置的研究技術(shù)的快速發(fā)展，作為‘Z’裝置中最重要組成部分的脈沖功率真空傳輸裝置磁絕緣傳輸線也成為研究人員關(guān)注的重點。鑒于磁絕緣傳輸線具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)、工作過程準備時間長、耗能大、還有可能在實驗過程中由于極間放電損壞器件。同時，磁絕緣傳輸線的基本理論為非線性理論，利用傳統(tǒng)的物理理論計算難以展現(xiàn)各種物理現(xiàn)象。若采用數(shù)值模擬計算，得到非常重要的技術(shù)參數(shù)，解析實驗過程當中將會出現(xiàn)的物理現(xiàn)象，減少實驗的盲目性，縮短裝置的建設(shè)周期，同

2、時節(jié)約成本。因此，在磁絕緣傳輸線的研究過程中，進行數(shù)值模擬十分必要。本文在磁絕緣傳輸線理論理解的基礎(chǔ)上，對兩種不同的傳輸線進行了電路模擬與粒子模擬，并進行對比和結(jié)合，驗證其可行性及正確性。
　　首先，介紹了磁絕緣傳輸線的形成原理、基本構(gòu)型及分類。分析理解磁絕緣傳輸線的基本原理。
　　其次，采用層流理論分析負載對負載限制性MITL傳輸效率的影響，分析輸入電壓、負載及有效電流等關(guān)鍵參量之間的關(guān)系。對比在不同的電壓及負載情況下的傳

3、輸效率，為數(shù)值模擬的參數(shù)選取提供參考。利用CHIPIC對“閃光二號”進行粒子模擬，并與實驗對比，驗證了CHIPIC的正確性。
　　再次，研究了在磁絕緣的粒子模擬中，對于電壓的饋入可能存在不足的地方，加入電路邊界形成自洽的電壓脈沖信號，對10級LTD驅(qū)動錐形過渡MITL采用CHIPIC進行三維粒子模擬，實現(xiàn)電路模擬與PIC相結(jié)合。并與存電路模擬對比，驗證了該方案的可實行性與準確性。
　　最后，研究了Z箍縮裝置中四層圓盤錐MIT

4、L的基本構(gòu)型。分析了Z箍縮各個部分的阻抗匹配情況，及電壓、負載和最小磁絕緣電流等關(guān)鍵參量之間的關(guān)系。根據(jù)設(shè)計的尺寸，選定合適的電參量，利用CHIPIC軟件對該結(jié)構(gòu)的中心匯流部分進行模擬，觀察模擬過程中匯流部分不同層的電子的軌跡情況，并計算整個傳輸過程的傳輸效率。在中心匯流區(qū)研究模擬的基礎(chǔ)上，對四層圓盤錐MITL的器件進行了一個整體的分析。在CHIPIC軟件的基礎(chǔ)上，采用并行計算的方法，對裝置的四層圓盤錐MITL的傳輸及匯流進行整體的數(shù)值