用于激光等離子體中脈沖強磁場產生的電感耦合線圈*

趙佳羿 胡鵬 王雨林 王金燦 唐檜波? 胡廣月2)?

1) (中國科學技術大學工程與應用物理系, 中國科學院近地空間環境重點實驗室, 合肥 230026)

2) (中國科學院上海光學精密機械研究所, 中國科學院超強激光科學卓越創新中心, 上海 201800)

脈沖強磁場裝置是磁化激光等離子體實驗的核心設備.本文研制了一種用于優化脈沖強磁場設備的電感耦合線圈, 相對于單匝磁場線圈可以進一步提高磁場強度.通過實驗和模擬研究了電感耦合線圈的初級螺線管匝數和直徑對磁場強度的影響, 發現對于2.4 μF電容的放電系統, 電感耦合線圈的初級螺線管在35匝、35 mm直徑時, 可以在5 mm內徑的次級磁場線圈中獲得最高的峰值磁場強度, 是相同尺寸單匝磁場線圈產生磁場強度的3.6倍.在充電電壓20 kV時, 峰值磁場強度達到19 T, 使用鈹銅材料的電感耦合線圈克服強磁場中線圈炸裂問題, 在35 kV的充電電壓下得到了33 T的峰值磁場強度.這種新方法產生了更強的磁場、降低了對回路電感的要求、提升了實驗排布的靈活性, 為研究強磁場下的激光等離子體行為創造了條件.

1 引 言

外加強磁場與激光等離子體相互作用可以用來研究磁慣性聚變[1-4]、激光聚變的磁化黑腔[5,6]、磁準直射流[7]、磁重聯[8]等天體和空間物理現象以及工業應用[9]領域的一些重要問題, 脈沖強磁場裝置是進行這些研究的核心設備.有多種技術方案來產生脈沖強磁場, 例如高功率激光驅動的磁通壓縮可以產生微米尺寸、數……