基于快脉冲的丝阵Z箍缩动态黑腔被认为是一种非常具有前景的X射线间接驱动惯性约束聚变途径。Z箍缩负载可以将脉冲功率装置储存的电能高效地转换成X射线,因而在惯性约束聚变以及高能量密度等离子体物理研究领域有着广泛的应用。对于脉冲功率装置驱动的惯性约束聚变研究而言,多大的驱动能力能产生足够强的辐射来驱动靶丸内爆实现聚变和高增益,不同驱动装置脉冲电流波形和幅度对Z箍缩内爆过程及其辐射特性有何种影响,能否通过不同驱动能力的脉冲功率装置实验来外推聚变所需条件等是Z箍缩惯性约束聚变研究中重点关注的问题。因此,利用不同电流波形和幅度的脉冲功率装置开展Z箍缩内爆及黒腔辐射特性的研究,对加深对Z箍缩高温动态黑腔辐射场构建及聚变需求条件的理解,发展具有预测能力的理论和数值方法,建立可信的物理定标律对Z箍缩惯性约束聚变研究而言具有非常重要的科学意义和实用价值。基于这一背景,本论文利用我国自主研制的10 MA大电流脉冲功率装置和各类高时空分辨诊断技术,开展了不同参数的钨丝阵Z箍缩及动态黑腔实验,结合理论模型对丝阵Z箍缩及动态黒腔的内爆动力学过程和辐射特性、冲击波形成与传播、黒腔辐射温度演变以及黒腔辐射性能优化等物理问题进行了研究,以增进对特定脉冲功率驱动条件下的丝阵Z箍缩及动态黒腔物理与规律的理解,为后续基于动态黑腔辐射驱动聚变研究以及相关的黒腔辐射源应用奠定基础。论文的主要工作如下:1.基于丝阵Z箍缩零维薄壳模型、Thevening等效电路模型及烧蚀雪靶模型等的唯象理论模型,结合特定脉冲功率装置驱动电路参数,发展建立了相应计算方法。其中,利用零维薄壳模型计算分析了给定驱动电流和不同负载参数条件下的丝阵内爆时间规律;利用TheVenin等效电路描述了丝阵内爆与装置的电路响应,研究了装置与负载的耦合特性,给出了装置电流、丝阵内爆时间、内爆轨迹、内爆速度以及内爆动能等宏观动力学特性随负载参数的变化规律;利用烧蚀雪靶模型结合实验测量内爆轨迹,分析了丝烧蚀过程以及拖尾质量对丝阵内爆的影响等。这些计算方法的建立不仅为大电流装置丝阵负载参数设计提供了参考依据,也为实验结果分析和理解丝阵内爆物理提供了有力的工具。2.基于大电流装置丝阵Z箍缩高时空分辨等离子体内爆图像、动态黒腔冲击波图像及强X射线辐射参数定量或定性测量需求,发展和建立了多种诊断技术和数据处理方法,实现了诊断系统间纳秒级精度的时间关联和同步控制,具备了在同一发次同时获取X射线辐射功率波形、辐射总能量、高时空分辨等离子体内爆图像等数据的能力,建立了从各种图像及测试数据中提取等离子体内爆轨迹、内爆速度、压缩半径、冲击波半径与速度、黑腔辐射温度及其分布特征等信息能力,为丝阵及其驱动的动态黒腔内爆动力学、辐射特性及黒腔内冲击波形成发展过程和相应物理图像综合分析研究提供了丰富的定量和定性的测量数据。3.通过大电流装置开展了一系列不同参数的钨丝阵实验,较为系统地研究了驱动电流为6-8 MA、内爆时间80-130 ns条件下丝阵Z箍缩的内爆过程和辐射特性规律,为高品质内爆丝阵负载参数选取及优化提供了依据。研究表明,通过控制丝阵负载初始质量和半径设计可以较好地实现对内爆时间的调控,在上述驱动条件下,输出的负载电流和电流上升时间随着内爆时间的增加而增加,丝阵等离子体的内爆品质以及相应的X射线辐射能量和功率随内爆时间的增加而降低,且实验测量的钨丝阵内爆时间和负载电流等结果与零维模型计算结果基本一致。结合装置电路参数和实验结果分析确定了大电流装置上丝阵内爆时间的优化范围为80-90 ns,对应的线质量密度范围0.64～1.25 mg/cm。利用单层钨丝阵获得了最高约50 TW的X射线功率,总辐射能约500 kJ;通过对不同内爆时间单层丝阵负载实验结果的分析,表明大电流装置的丝阵内爆具有明显的丝烧蚀主导特性,其内爆轨迹明显偏离薄壳模型的预测,对10 mm半径丝阵而言,其烧蚀时间所占内爆时间的相对份额约为2/3,该结果可以作为大电流装置这一特定驱动条件下丝阵内爆的典型特征,以区别于其它同类装置。同时,实验研究结果也表明:采用双层钨丝阵结构可以更好地抑制不稳定性的发展,提高内爆等离子体的径向压缩及其均匀性,其总辐射能与单层丝阵相当,但X射线峰值功率得到显著提高,最高达到了 80 TW。这些实验结果充分验证了大电流装置的驱动能力和辐射输出能力,丰富了驱动电流为6-8 MA,内爆时间在80-130 ns范围的丝阵Z箍缩实验数据与物理规律认识。4.首次在大电流装置上利用钨丝阵内爆撞击低密度泡沫的方式演示了动态黑腔的形成过程,研究了不同丝阵（单/双层）和泡沫柱（密度和半径）参数下动态黑腔形成和辐射特性,深入了对黒腔物理的认识和理解。实验研究了动态黑腔中外层丝阵内爆、双层丝阵相互作用、丝阵等离子体与泡沫靶的碰撞和滞止等动力学过程以及径向和轴向辐射波形的主要特征,分析了泡沫转换体中辐射冲击波的形成和传播过程,以及黑腔辐射场温度的演变特性规律,实验结果表明:装置运行状态和负载内爆状态具有良好的受控性和重复性,其中双层钨丝阵在抑制等离子体不稳定性、改善内爆碰靶均匀性与同步性以及提升黒腔辐射性能方面作用显著,获得的典型冲击波传播时间约为5-8 ns,传播速度约200-300 km/s,黑腔平均辐射温度达到120 eV。在改善动态黑腔辐射性能方面,通过改变黒腔负载高度以及负载电极结构参数,提升了驱动负载电流输出,提高了单位长度动态黒腔负载的辐射能量强度,黒腔的辐射温度也得到相应的提升。该研究工作丰富了近6-8 MA驱动电流条件下动态黒腔的实验数据,深化了对不同电流驱动装置与黒腔负载耦合、动态黒腔物理规律和特性的理解和认识,为后续深入开展动态黑腔辐射性能优化及驱动聚变研究提供了理论依据和数据支撑。