POWERFUL SOURCE OF SOFT X-RAY RADIATION BASED ON Z-PINCH OF NESTED ARRAYS FOR EXPERIMENTS IN HIGH-ENERGY DENSITY PHYSICS

封面

如何引用文章

全文:

详细

The results of research on the creation of a powerful source of soft X-ray radiation (SXR, ℎν > 100 eV) based on the Z-pinch of compact nested arrays are presented. One of the applications of such an SXR source can be radiation ablation of targets made of various substances in experiments on high-energy density physics and extreme states of matter, which are currently being actively carried out worldwide. Experiments are carried out on plasma implosion of combined nested arrays with different ratios of array radii at a discharge current level of up to 3.5 MA at the pulse power facility Angara-5-1. The outer array consisted of fibers of a substance with a low atomic number (polypropylene) and the inner array consisted of a substance with a high atomic number (tungsten). It is shown that in the case of nested arrays of this design, it is possible to obtain a significant (∼1.4 times) increase in the peak SXR power compared to singleWarrays with the same parameters as the W array in the inner array. At the same time, spectral data obtained using a “flat field” grazing incidence spectrograph demonstrate a significant decrease in the fraction of tungsten ions in the trailing plasma around the pinch of nested arrays. By optimizing the linear mass of the outer array and its radius, powerful and short SXR pulses with amplitude of ∼10 TW, energy of ∼130 kJ and duration of ∼ 4–5 ns are obtained. This made it possible to increase the incident power density and fluence on the target up to 1.55 TW/cm2 and 17 kJ/cm2, respectively, in experiments on extreme states of matter currently being carried out at the facility.

作者简介

K. Mitrofanov

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Email: mitrofan@triniti.ru
Troitsk, Moscow, Russia

A. Gritsuk

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Troitsk, Moscow, Russia

V. Aleksandrov

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Troitsk, Moscow, Russia

A. Branitsky

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Troitsk, Moscow, Russia

E. Grabovski

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Troitsk, Moscow, Russia

I. Frolov

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Troitsk, Moscow, Russia

V. Ryzhakov

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Troitsk, Moscow, Russia

参考

  1. Olson C., Rochau G., Slutz S., Morrow C., Olson R., Cuneo M., Hanson D., Bennett G., Sanford T., Bailey J., Stygar W., Vesey R., Mehlhorn T., Struve K., Mazarakis M., Savage M., Pointon T., Kiefer M., Rosenthal S., Cochrane K., Schneider L., Glover S., Reed K., Schroen D., Farnum C., Modesto M., Oscar D., Chhabildas L., Boyes J., Vigil V., Keith R., Turgeon M., Cipiti M., Lindgren E., Dandini V., Tran H., Smith D., McDaniel D., Quintenz J., Matzen M.K., VanDevender J.P., Gauster W., Shephard L.,Walck M., Renk T., Tanaka T., Ulrickson M., Meier W., Latkowski J., Moir R., Schmitt R., Reyes S., Abbott R., Peterson R., Pollock G., Ottinger P., Schumer J., Peterson P., Kammer D., Kulcinski G., El-Guebaly L., Moses G., Sviatoslavsky I., Sawan M., Anderson M., Bonazza R., Oakley J., Meekunasombat P., De Groot J., Jensen N., Abdou M., Ying A., Calderoni P., Morley N., Abdel-Khalik S., Dillon C., Lascar C., Sadowski D., Curry R., McDonald K., Barkey M., Szaroletta W., Gallix R., Alexander N., Rickman W., Charman C., Shatoff H., Welch D., Rose D., Panchuk P., Louie D., Dean S., Kim A., Nedoseev S., Grabovsky E., Kingsep A., Smirnov V. Development Path for Z-Pinch IFE. // Fusion Science and Technology. 2005. V. 47. N. 3. P. 633–640.
  2. Sangster T.C., McCrory R.L., Goncharov V.N., Harding D.R., Loucks S.J., McKenty P.W., Meyerhofer D.D., Skupsky S., Yaakobi B., MacGowan B.J., Atherton L.J., Hammel B.A., Lindl J.D., Moses E.I., Porter J.L., Cuneo M.E., Matzen M.K., Barnes C.W., Fernandez J.C., Wilson D.C., Kilkenny J.D., Bernat T.P., Nikroo A., Logan B.G., Yu S., Petrasso R.D., Sethian J.D., Obenschain S. // Nuclear Fusion. 2007. V. 47. N. 10. P. S686–S695.
  3. Abu-Shawareb H., R. Acree, Adams P. et. al. // Phys. Rev. Lett. 2022. V. 129. N. 8. P. 075001-1–075001-15.
  4. Lindl J.D., Amendt P., Berger R.L., Glendinning S.G., Glenzer S.H., Haan S.W., Kauffman R.L., Landen O.L., Suter L.J. // Phys. Plasmas. 2004.V. 11. N. 2. P. 339–491.
  5. Lawrence Livermore National Laboratory, 2022, https://www.llnl.gov/news/national-ignitionfacilityachieves-fusion-ignition
  6. Remington B.A., Drake R.P. and Ryutov D.D. // Rev. Mod. Phys. 2006. V. 78. N. 8. P. 755.
  7. Фортов В.Е. // УФН. 2009. Т. 179.№6. С. 653–687.
  8. Drake R.P. // Springer Science & Business Media. 2006. 518 c.
  9. Грабовский Е.В., Сасоров П.В., Шевелько А.П., Александров В.В., Андреев С.Н., Баско М.М., Браницкий А.В., Грицук А.Н., Волков Г.С., Лаухин Я.Н., Митрофанов К.Н., Новиков В.Г., Олейник Г.М., Самохин А.А., Смирнов В.П., Толстихина И.Ю., Фролов И.Н., Якушев О.Ф. // Письма в ЖЭТФ. 2016. Т. 103.№5. С. 394–401.
  10. Grabovski E.V., Sasorov P.V., Shevelko A.P., Aleksandrov V.V., Andreev S.N., Basko M.M., Branitski A.V., Gritsuk A.N., Volkov G.S., Laukhin Ya.N., Mitrofanov K.N., Oleinik G.M., Samokhin A.A., Smirnov V.P., Tolstikhina I.Yu., Frolov I.N., Yakushev O.F. // Matter and Radiation at Extremes. 2017. V. 2.№3. P. 129–138.
  11. Митрофанов К.Н., Александров В.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Фролов И.Н., Браницкий А.В., Лаухин Я.Н. // Физика плазмы. 2017. Т. 43.№4. С. 367–382.
  12. Александров В.В., Баско М.М., Браницкий А.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Митрофанов К.Н., Олейник Г.М., Сасоров П.В., Фролов И.Н. // Физика плазмы. 2021. Т. 47.№7. С. 613–650.
  13. Александров В.В., Браницкий А.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Митрофанов К.Н., Олейник Г.М., Фролов И.Н., Баско М.М. // Физика плазмы. 2022. Т. 48.№9. С. 847–870.
  14. Gritsuk A.N., Mitrofanov K.N., Aleksandrov V.V., Branitsky A.V., Grabovski E.V., Oleinik G.M., Frolov I.N., Basko M.M., Grushin A.S., Solomyannaya A.D., Rodionov N.B. // Plasma Physics Reports. 2024. V. 50. N. 2. P. 206–224.
  15. Митрофанов К.Н., Александров В.В., Браницкий А.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Олейник Г.М., Фролов И.Н. // Физика плазмы. 2021. Т. 47.№10. С. 887–920.
  16. Mitrofanov K.N., Aleksandrov V.V., Branitski A.V., Grabovskiy E.V., Gritsuk A.N., Oleinik G.M., Frolov I.N., Samokhin A.A., Olkhovskaya O.G., Gasilov V.A. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2022. V. 64., N. 4. P. 045007-1–045007-24.
  17. Митрофанов К.Н., Грицук А.Н., Александров В.В., Браницкий А.В., Грабовский Е.В., Олейник Г.М., Фролов И.Н. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. № 7. С. 647–670.
  18. Альбиков З.А., Велихов Е.П., Веретенников А.И., Глухих В.А., Грабовский Е.В., Грязнов Г.М., Гусев О.А., Жемчужников Г.Н., Зайцев В.И., Золотовский О.А., Истомин Ю.А., Козлов О.В., Крашенинников И.С., Курочкин С.С., Латманизова Г.М., Матвеев В.В., Минеев Г.В., Михайлов В.Н., Недосеев С.Л., Олейник Г.М., Певчев В.П., Перлин А.С., Печерский О.П., Письменный В.Д., Рудаков Л.И., Смирнов В.П., Царфин В.Я., Ямпольский И.Р. // Атомная энергия. 1990. Т. 68. Вып. 1. С. 26–35.
  19. Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектрометрию. М.: Наука, 1979.
  20. Antsiferov P.S., Dorokhin L.A. and Krainov P.V. // Rev. Sci. Instrum. 2014. V. 87. N. 5. P. 053106.
  21. Скобляков А.В., Колесников Д.С., Канцырев А.В., Голубев А.А., Рудской И.В., Грицук А.Н., Грабовский Е.В., Митрофанов К.Н., Олейник Г.М. // Физика плазмы. 2023. T. 49.№6. С. 558–575.
  22. Skobliakov A.V., Kolesnikov D.S., Kantsyrev A.V., Golubev A.A., Ilyicheva M.V., Gritsuk A.N., Grabovskii E.V. // Rev. Sci. Instrum. 2023. V. 94. N. 11. P. 113102.
  23. Браницкий А.В., Олейник Г.М. // Приборы и техника эксперимента (ПТЭ). 2000. №4. С. 58–64.
  24. Александров В.В., Волков Г.С., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Лахтюшко Н.И., Медовщиков С.Ф., Олейник Г.М., Светлов Е.В. // Физика плазмы. 2014. Т. 40.№2. С. 160–171.
  25. Волков Г.С., Грабовский Е.В., Зайцев В.И., Зукакишвили Г.Г., Зурин М.В., Митрофанов К.Н., Недосеев С.Л., Олейник Г.М., Порофеев И.Ю., Смирнов В.П., Фролов И.Н. // Приборы и техника эксперимента (ПТЭ). 2004.№2. С. 74–81.
  26. Олейник Г.М. // Приборы и техника эксперимента (ПТЭ). 2000.№3. С. 49–51.
  27. Александров В.В., Грабовский Е.В., Митрофанов К.Н., Олейник Г.М., Смирнов В.П., Сасоров П.В., Фролов И.Н. // Физика плазмы. 2004. Т. 30.№7. С. 615–629.
  28. Митрофанов К.Н., Александров В.В., Грицук А.Н., Грабовский Е.В., Фролов И.Н., Лаухин Я.Н., Брешков С.С. // Физика плазмы. 2017. Т. 43. № 2. С. 134–157.
  29. Митрофанов К.Н., Александров В.В., Грицук А.Н., Браницкий А.В., Фролов И.Н., Грабовский Е.В., Сасоров П.В., Ольховская О.Г., Зайцев В.И. // Физика плазмы. 2018. Т. 44.№2. С. 157–192.
  30. Митрофанов К.Н., Александров В.В., Грабовский Е.В., Браницкий А.В., Грицук А.Н., Фролов И.Н., Лаухин Я.Н. // Физика плазмы. 2017. Т. 43.№9. С. 751–764.
  31. Cuneo M.E., Waisman E.M., Lebedev S.V., Chittenden J.P., Stygar W.A., Chandler G.A., Vesey R.A., Yu E.P., Nash T.J., Bliss D.E., Sarkisov G.S., Wagoner T.C., Bennett G.R., Sinars D.B., Porter J.L., Simpson W.W., Ruggles L.E.,Wenger D.F., Garasi C.J., Oliver B.V., Aragon R.A., Fowler W.E., Hettrick M.C., Idzorek G.C., Johnson D., Keller K., Lazier S.E., McGurn J.S., Mehlhorn T.A., Moore T., Nielsen D.S., Pyle J., Speas S., Struve K.W., Torres J.A. // Phys. Rev. E. 2005. V. 71. P. 046406-1–046406-43.
  32. Gritsuk A.N., Aleksandrov V.V., Grabovskiy E.V., Laukhin Y., Mitrofanov K.N., Oleinik G.M., Volkov G.S., Frolov I.N. and Shevel’ko A.P. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2013. V. 41. N. 11. P. 3184–3189.
  33. Vichev I.Yu., Novikov V.G., Solomyannaya A.D. // Mathematical Models and Computer Simulations. 2009. V. 1, N. 4. P. 470–481.
  34. Colm S Harte, Higashiguchi T., Otsuka T., D’Arcy R., Kilbane D. and O’Sullivan G. // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 2012. V. 45. N. 20. P. 205002.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024