キャピラリー放電X線レーザーの安定性と短波長化スケーリングの解明

阐明毛细管放电 X 射线激光器的稳定性和短波长缩放

• 批准号: 08780447
• 负责人: 青木 尊之
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08780447/
• 关键词: キャピタリー放電; X線レーザー; 数値シミュレーション; アルゴン; ネオン様; ピンチ; レーリーテーラー不安定性; CIP

キャピラリー放電ピンチのダイナミクスを調べるために、1次元円筒座標系の電磁流体コードを作成した。アルゴンを使ったコロラド大学の実験や東京工業大学の放電ピンチの実験に合わせた駆動電流波形をインプットすると、最大ピンチ時間やX線レーザー利得の持続時間などの実験結果を非常に良く再現することができた。また、最初に衝撃波が中心に到達し、その後に電流層がローレンツ力でピンチして行くという詳細も明らかになった。X線レーザーを短波長化するためには、アルゴンより重い元素のプラズマを使う必要があり、クリプトンまでの元素に対するシミュレーションを実行した。元素が重くなるに従いネオン様イオンを生成するための電子温度・電子密度が高くなり、要求される駆動電流も飛躍的に増大した。初期プラズマ半径を小さくすれば必要とされる電流は少なくて済むが、X線レーザーの利得が得られる領域が狭くなり、さらにプラズマの密度勾配が大きくなることから軸方向に伝播するX線レーザーのパスが利得領域から逸れてしまうことが分かった。2次元の電磁流体コードは、新しい数値計算手法(CIP法)を取り入れ、ピンチ・ダイナミクスの不安定性を精度良く解析できるように開発した。2次元コードによる解析では、今まで予想されている電磁流体不安定性(ソ-セージおよびキンク不安定性など)よりも、密度の低い電流層が中心の高密度プラズマを圧縮する際のレーリー・テーラー不安定性の方が成長率が大きく、初期半径を小さくすればする程成長率が大きくなることが明らかになった。レーリー・テーラー不安定性を押さえるには初期プラズマの一様性が重要であり、放電励起X線レーザーにとって予備放電が非常に重要である理由も明らかになった。

为了研究毛细管放电箍缩的动力学，我们在一维圆柱坐标系中创建了磁流体动力学代码。通过输入与科罗拉多大学使用氩气的实验和东京工业大学的放电夹点实验相匹配的驱动电流波形，可以很好地再现最大夹点时间和X射线激光增益持续时间等实验结果。能够做到。还透露，冲击波首先到达中心，然后当前层被洛伦兹力挤压。为了缩短X射线激光的波长，需要使用比氩重的元素的等离子体，并对氪以下的元素进行了模拟。随着元素变得更重，产生类氖离子所需的电子温度和电子密度增加，所需的驱动电流也急剧增加。如果初始等离子体半径做得更小，需要的电流也更少，但可以获得X射线激光增益的区域变窄，等离子体的密度梯度变大，因此轴向传播的X射线激光就变大了。表明路径偏离增益区域。开发了一种二维磁流体动力学代码，该代码结合了一种新的数值计算方法（CIP 方法）来准确分析捏动力的不稳定性。使用二维码的分析表明，当压缩以低密度电流层为中心的高密度等离子体时，会发生瑞利-泰勒不稳定性，而不是之前预测的磁流体动力学不稳定性（例如香肠和扭结不稳定性）。定性情况下增长率较高，且初始半径越小，增长率越高。初始等离子体的均匀性对于抑制瑞利-泰勒不稳定性非常重要，而且预放电对于放电泵浦 X 射线激光器如此重要的原因也已变得清晰。

项目成果

Takayuki Aoki: "Interpolated Differential Operator(IDO)Scheme for Solving Partial Diffenential Equations" Res.Rep.Nat.Inst.Fusion Sciences. 449. 1-21 (1996)

Takayuki Aoki：“求解偏微分方程的插值微分算子（IDO）方案”Res.Rep.Nat.Inst.Fusion Sciences。