强激光诱导材料产生电磁脉冲诊断及其机制研究

摘要

探索核聚变过程中的反应机理和丰富的实验现象对核能技术发展有着巨大推动作用。强激光脉冲与金属材料相互作用能够产生极其强烈的电磁辐射，对电子系统和诊断设备会造成很明显的影响，因此探讨它们的产生机制和物理规律就非常必要。研究各种电磁辐射的产生机制及其性质具有非常重要的科学价值和应用价值，这将大大增进人们对相关物理过程的深入理解，推动诸如惯性约束聚变、强场物理和实验室天体物理等许多领域的快速发展。
　　本文自行设计制作两个用于强激光靶耦合诊断的时域脉冲天线：盘锥天线和环形磁天线，对设计制作的天线进行模拟仿真和实验室标定，并对比分析了仿真和标定结果的三维增益方向图、E面增益方向图、天线效率等各项主要参数。结果显示自行设计的盘锥天线和环形磁天线随着频率的增加，增益变化比较稳定，束缚性较好，具有良好的稳定性和全向性，能够接收各个方向的电磁脉冲信号，并且波束较宽。利用盘锥天线和环形磁天线分别对神光III原型高功率激光装置靶室外部和内部的电磁辐射进行实验测量，对激光装置实验场地内0.1 GHz～5 GHz频段的电磁辐射强度和频谱进行了实验测量和评估，获取时域和频域信息。在本文进行的激光靶耦合实验过程中，由于密闭靶室的原因，电磁脉冲不断反射，导致产生电磁脉冲持续时间远远大于激光靶的耦合作用时间，在靶室外测得电磁脉冲的场强高达610 V/m，靶室内部测得的电磁脉冲的场强峰值高达7200 V/m。长脉冲强激光与金属靶相互作用产生电磁辐射的过程中，偶极辐射是辐射电磁波的主要机制之一。影响电磁辐射强度的因素有激光能量，激光打靶方式和入射方向等。而对于平面靶，相同靶型和靶材质情况下，不同功率激光作用发出的电磁脉冲具有相似的频谱和相同的特征频率。本文研究工作对评估神光装置电磁脉冲干扰有着重要参考价值，同时为发展强电磁脉冲屏蔽和诊断技术提供了研究基础，对核聚变技术相关的研发工作与工程应用也有着重要的实际意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2国内外研究历史与现状

1.3 强激光与固体靶相互作用机制

第二章 时域脉冲天线研究

2.1 时域脉冲天线概述

2.2 盘锥时域脉冲天线设计及仿真

2.3 环形磁天线仿真与设计

2.4 本章小结

第三章 靶室外电磁脉冲测量研究

3.1 实验布置

3.2 实验结果与分析

3.3 本章小结

第四章 靶室内电磁脉冲实验研究

4.1 实验布置

4.2 实验结果与分析

4.3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 本文创新点

5.3 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果