激光團(tuán)簇聚變中氘團(tuán)簇的產(chǎn)生及特性研究

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1、四JIi大學(xué)碩士學(xué)位論文激光團(tuán)簇聚變中氘團(tuán)簇的產(chǎn)生及特性研究專(zhuān)業(yè)粒子物理與原子核物理研究生吳玉遲指導(dǎo)教師楊朝文隨著超短超強(qiáng)激光的發(fā)展,氣體團(tuán)簇和激光相互作用引起人們的廣泛關(guān)注。超短超強(qiáng)激光與氘團(tuán)簇相互作用可引發(fā)庫(kù)侖爆炸釋放出高能氘離子,這為激光核聚變的研究提供了又一途徑。在這一過(guò)程中,團(tuán)簇自身的特性對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著至關(guān)重要的影響。本文的主要內(nèi)容就是研究用于團(tuán)簇聚變的團(tuán)簇的產(chǎn)生及其特性的研究。論文首先介紹了團(tuán)簇的概念,并對(duì)超短超強(qiáng)激光與團(tuán)簇相互作用的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景做了簡(jiǎn)單的介紹。闡述和比較了目前國(guó)外對(duì)各種團(tuán)簇特性的研究方

2、法及相關(guān)結(jié)論。研究了各種團(tuán)簇源的產(chǎn)生機(jī)制。結(jié)合聚變物理實(shí)驗(yàn),采用超聲速?lài)娚浞ń⒘艘惶子糜趫F(tuán)簇聚變研究的低溫氘團(tuán)簇制備系統(tǒng),主要包括五個(gè)部分:進(jìn)氣裝置,冷卻裝置,閥門(mén),噴嘴,位置調(diào)整系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)量,在背景壓強(qiáng)48arm、初始溫度100K時(shí),該系統(tǒng)可制備出大尺寸(2360原子/團(tuán)簇)、高密度(3.5×10”個(gè)氣體原子/cml)的氘團(tuán)簇。該團(tuán)簇源制備系統(tǒng)的制備為激光與團(tuán)簇相互作用實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。從理論上研究了團(tuán)簇的特性,通過(guò)模擬計(jì)算得到團(tuán)簇密度分布、團(tuán)簇尺寸的變化規(guī)律。采用M—Z干涉法診斷氣體密度,瑞利散射法診斷團(tuán)簇尺寸及結(jié)核

3、幾率。研究了這兩種診斷方法的原理和技術(shù),并搭建了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)診斷系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了與團(tuán)簇制備系統(tǒng)的時(shí)間和空間同步。兩套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性高,重復(fù)性好,且不破壞團(tuán)簇的自身結(jié)構(gòu)。研究了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。采用基于傅立葉變換的方法處理于涉場(chǎng)圖,該方法精度高,處理速度快。開(kāi)發(fā)了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理程序,在應(yīng)用中取得了良好的效果。四川大學(xué)碩士學(xué)位論文采用M—z干涉儀測(cè)量了在不同實(shí)驗(yàn)條件下的氣體密度分布。(a)分析了噴嘴出口處的密度隨壓強(qiáng)、溫度、噴嘴幾何尺寸的變化情況,與理論模擬的結(jié)果基本符合。通過(guò)研究噴嘴軸向和徑向密度分布得出密度分布的空間分

4、布規(guī)律,同理論相結(jié)合,得到了描述噴嘴軸向和徑向密度分布的半經(jīng)驗(yàn)公式。(b)改變?cè)\斷光與閥門(mén)的相對(duì)延時(shí),測(cè)量了密度分布隨時(shí)間的變化情況。密度在一個(gè)區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定在最大值,說(shuō)明團(tuán)簇源系統(tǒng)本身的工作過(guò)程中具有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。結(jié)合團(tuán)簇源的特性診斷確定了激光與團(tuán)簇相互作用的最佳時(shí)間和最佳位置。(c)結(jié)合瑞利散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,給出了噴嘴軸線(xiàn)上2rllIIl處團(tuán)簇的平均密度,研究其隨壓強(qiáng)的變化規(guī)律。結(jié)果表明,在一定溫度下,隨著背壓的增加,團(tuán)簇尺寸不斷增加,同時(shí)結(jié)核率上升,而團(tuán)簇的總體數(shù)目確在不斷減少,這說(shuō)明團(tuán)簇的生長(zhǎng)速率比生成速率快。通

5、過(guò)比對(duì)國(guó)外實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算,對(duì)該團(tuán)簇源系統(tǒng)在團(tuán)簇聚變實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用效果做了一定的評(píng)估。目前該團(tuán)簇源的性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了國(guó)外團(tuán)簇聚變實(shí)驗(yàn)中所采用團(tuán)簇源的同等水平,能夠?yàn)閳F(tuán)簇聚變實(shí)驗(yàn)提一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)條件。關(guān)鍵詞:氘團(tuán)簇團(tuán)簇特性M—z干涉儀瑞利散射庫(kù)侖爆炸團(tuán)簇聚變四川大學(xué)碩士學(xué)位論文ThepreparationandstudyonD2clusterforlaser-clusterfusionMajor:ParticleandNuclearPlaysicsPostgraduate:YuchiWuSupervisor:ChaowenY

6、angMorerecently,accompaniedbyprogressesonthetechniqueofchirpedpulseamplification,theinteractionofclusterswithpicosecondsandfemtosecondlasershasattractedconsiderableinterest.Clusterinteractionwithultra·shortpulseultra-highintenselaserleadstocolumnexploding,anditca

7、nproducedeuteriumionwithenergyaboutMeV.Thusitprovidespeoplewithabrandnewideatoachievefusioninreactioninlab.Duetothesignificantimpactofcharacteristicofclusteronthecluster-laserinteractionexperiment,thethesisjustpointstocharacterizationofclusterusedintheinteraction

8、experiment.Somebasicknowledgerelatedtoclusterisintroducedfromscratch,andthenit'soutlinedthatprogressesandapplicationprospectofresearchontheclusterjnteractionwi

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