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用于高能量密度物态及惯性约束核聚变诊断的新型高能电子成像关键技术研究

批准号:
11435015
项目类别:
重点项目
资助金额:
390.0 万元
负责人:
张子民
学科分类:
核技术在其他领域中的应用
结题年份:
2019
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
杜应超、盖炜、曹树春、刘铭、赵全堂、王燕茹、丁云泽、许海生、宗阳

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
惯性约束核聚变(ICF)和高能量密度物理(HEDP)的研究亟需一种可精确提供物质内部状态信息的实时反馈系统,因此本项目提出,研究设计一套高能电子透镜成像诊断系统,实现对高能量密度物质及惯性约束聚变流体过程的四维瞬态立体成像,时间分辨在皮秒至纳秒量级,三维空间分辨达微米量级。其成像原理是:高能电子束透射靶物质时,由于多重库伦散射的作用,电子束散射角度的分布与物质面密度相关;富含靶物质信息的透射电子束通过点对点成像系统,在荧光靶上成像,获得靶物质内部信息。主要研究内容包括:1、高能电子束与密致物质作用机制及其成像系统空间分辨率的研究; 2、研究利用新型电子加速器提供成像系统所需的电子束脉冲串;3、模拟HEDP靶物质的状态,实现动态成像,进行时间分辨的研究;4、利用新型高频偏转腔技术,实现电子束脉冲串的分束。
英文摘要
High energy density physics (HEDP), particularly inertial confinement fusion (ICF), is becoming a critical research area for development of future energy solutions. Recent activities show that in order to achieve the desired high energy density for fusion research, it would be extremely useful to have an advanced diagnostics system available for providing real time measurements of the internal compressed target matter on a time scale of nanoseconds. We propose here a high resolution spatial-temporal imaging diagnostic system, based on a photocathode based high energy electron linear accelerator, to measure the compression processes in the implosion of an ICF fuel pellet or in other HEDP experiments with a spatial resolution of < 1 µm and a time resolution in the picosecond to nanosecond range. The system employs an electron bunch train (containing a number of short bunches separated by the desired time sampling interval and spatial separation) that penetrates the fast time varying high density target. By imaging the scattered electrons that carry the target information with a high resolution magnetic lens, the detailed target profile and its density evolution can be accurately measured. In order to design and construct the imaging system, we plan to study several important topics: 1) high energy electron interaction with dense matter and its implication for the spatial resolution of the imaging system; 2) the electron linac specification for the high energy density target imaging system; 3) electron beam optics that can accurately transport the scattered electrons to image the target, including arbitrary spatial and temporal beam pattern generation; and 4) verifying the time and spatial resolution of the imaging system using an existing accelerator at Tsinghua University.
惯性约束核聚变(ICF)和高能量密度物理(HEDP)的研究亟需一种可精确提供物质内部状态信息的实时诊断系统,因此本项目提出,研究设计一套高能电子透镜成像(HEER)诊断系统,实现对高能量密度物质(HEDM)及惯性约束聚变流体过程的四维瞬态立体成像,时间分辨在皮秒至纳秒量、空间分辨达微米量级。HEER成像原理是:高能电子束透射靶物质时,由于多重库伦散射的作用,电子束散射角度的分布与物质面密度相关;富含靶物质信息的透射电子束通过点对点成像系统,在荧光靶上成像,获得靶物质内部信息。主要研究内容包括:1、高能电子束与密致物质作用机制及其成像系统空间分辨率的研究;2、研究利用新型电子加速器提供成像系统所需的电子束脉冲串;3、模拟HEDP靶物质的状态,实现动态成像,进行时间分辨的研究;4、利用新型高频偏转腔技术,实现电子束脉冲串的分束。项目按计划完成了高能电子与物质相互作用的研究,设计、优化并研制了成像专用束线,进行了静态成像实验,其中级联放大实验,实现了空间分辨达到1.6um,这是目前高能带电粒子成像领域最好的分辨能力;利用高功率激光束轰击金属薄膜产生动态等离子体,进行了动态成像的研究,这是高能电子成像领域首次开展的基于泵浦探测实验方案的动态成像实验,论证了高能电子成像技术应用于高能量密度物理,特别是超短超强激光触发的高能量密度物质(超)快过程的诊断的可行性。开展了三个正交方向的超快分束的模拟研究,验证了针对提出的横向偏转腔加双切割铁的方案的可行性。首次提出了3D tomography高能电子成像的方法,并做了相关模拟研究,验证了此种方法的可行性,正在开展相关实验研究。搭建了兰州高能电子成像实验平台,成功出束并已开展了初步的成像实验,为后续进一步开展高能电子成像实验奠定了基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1017/s0263034616000124
发表时间: 2016
期刊: Laser and Particle
影响因子: --
作者: [Y. ZHAO, Z. ZHANG, W. GA, Y. DU, S. CAO, J. QIU, Q. ZHAO, R. CHENG, X. ZHOU, J. REN, W. HUANG, C. TANG, H. XU, W. ZHAN]
通讯作者: W. ZHAN
Three-Dimensional High-Energy Electron Radiography Method for Static Mesoscale Samples Diagnostics
用于静态中尺度样品诊断的三维高能电子射线照相方法
DOI: 10.3390/app9183764
发表时间: 2019-09
期刊: Applied Sciences
影响因子: --
作者: [Quantang Zhao, Yuanyuan Ma, Jiahao Xiao, Shuchun Cao, Xiaokang Shen, Youwei Zhou, Zhaohui Ran, Zimin Zhang]
通讯作者: Zimin Zhang
Design and simulation study of ultra-fast beam bunches split for three orthogonal planes high-energy electron dynamic radiography
三正交平面超快束束分裂高能电子动态射线照相设计与仿真研究
DOI: 10.1017/s0263034617000647
发表时间: 2017-12
期刊: Laser and Particle Beams
影响因子: 0.9
作者: [Q.T. Zhao, S.C. Cao, X.K. Shen, Y.R. Wang, Y. Zong, J.H. Xiao, Y.L. Zhu, Y.W. Zhou, M. Liu, R. Cheng, Y.T. Zhao, Z.M. Zhang, W.Gai]
通讯作者: W.Gai
Generation of uniform transverse beam distributions for high-energy electron radiography
生成用于高能电子射线照相的均匀横向束分布
DOI: 10.1017/s0263034618000265
发表时间: 2018-09
期刊: Laser and Particle Beams
影响因子: 0.9
作者: [Zhao Q T, Cao S C, Cheng R, Du Y C, Shen X K, Wang Y R, Xiao J H, Zong Y, Zhu Y L, Zhou Y W, Zhao Y T, Zhang Z M, Gai W]
通讯作者: Gai W
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    低能强流多电荷态离子束传输的研究
    • 批准号:
      10305016
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      24.0万元
    • 批准年份:
      2003
    • 负责人:
      张子民
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金