整形激光加载的一维准等熵压缩仿真

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1、Seediscussions,stats,andauthorprofilesforthispublicationat:https://www.researchgate.net/publication/271338785Simulationofone-dimensionalquasi-isentropiccompressiondrivenbytemporalshapedlaserArticleinQiangjiguangYuLizishu/HighPowerLaserandParticleBeams·January2013DOI:10.3788/HPLP

2、B20132511.2891CITATIONSREADS3186authors,including:QuanxiXueShaoenJiangChinaAcademyofEngineeringPhysics29PUBLICATIONS50CITATIONS296PUBLICATIONS938CITATIONSSEEPROFILESEEPROFILESomeoftheauthorsofthispublicationarealsoworkingontheserelatedprojects:InertialConfinementFusionViewprojec

3、tMagnetizedLaserFusionViewprojectAllcontentfollowingthispagewasuploadedbyShaoenJiangon18October2015.Theuserhasrequestedenhancementofthedownloadedfile.第２５卷第１１期强激光与粒子束Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１１２０１３年１１月ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳＮｏｖ．，２０１３文章编号：１００１－４３２２（２０１３）１１－２８９１－０４＊整形激光加载的一维准等熵压缩仿真薛全喜１，２，江

4、少恩２，王哲斌２，章欢２，叶锡生１，张永生１（１．西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，西安７１００２４；２．中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳６２１９００）摘要：基于凝聚态物质等熵线推导了理想等熵假设前提下的加载压力和加载激光波形，进而将其作为输入条件，利用辐射流体力学程序ＭＵＬＴＩ开展了Ａｌ材料的一维准等熵压缩仿真，通过材料温度、压强、密度、粒子速度和熵增五个参量描述了准等熵加载的物理过程。结果显示得到了高等熵程度加载过程，可为即将开展的整形激光加载的准等熵实验提供参考。关键词：准等熵压缩；熵增；压缩波；整形激光中图分类号：Ｏ

5、５３２；ＴＮ２４９文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１３２５１１．２８９１通过准等熵压缩可以实现更高效的材料压缩，也可以在实验室模拟天体内部的低温、高密状态。因此，准［１－３］等熵压缩一直是惯性约束聚变、天体物理学等研究领域中的重要研究内容。２０世纪８０年代以来，国内外［４－８］一直通过斜波发生器、电磁脉冲加载、阻抗梯度飞片等方法开展准等熵压缩研究。随着大型激光装置输出参数和脉冲整形能力的提高，近１０年来，激光加载方法已成为主要加载方式之一。美国利弗莫尔实验室、加利福尼亚大学、普林斯顿大学、华盛顿大学、罗彻斯特大学、洛斯·阿拉莫斯实验

6、室等，利用Ｔｒｉｄｅｎｔ，Ｊａｎｕｓ，Ｏｍｅ－ｇａ，ＮＩＦ等装置开展了大量激光加载的准等熵压缩实验，先后在Ｃ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｔａ，ＭｇＯ等样品上实现了几十ＧＰａ［９－１３］到数ＴＰａ不等的加载压强。法国和日本利用ＬＵＬＩ２０００激光装置开展了Ａｌ，Ｆｅ样品的准等熵加载，得到［１４－１６］了百ＧＰａ的加载压强。纵观国外在该领域的研究，激光加载方式可分为气库加载和整形激光脉冲加载两［１７－１８］类。２００６年以前以气库加载为主，目前加载方式几乎全为整形脉冲加载。随着激光整形能力的提高，国内大型激光装置已具有开展整形激光脉冲加载的能力。基于神光Ⅲ原型激光装置，

7、本文利用辐射流体力学程序ＭＵＬＴＩ－１Ｄ开展整形激光直接加载的一维准等熵压缩仿真。１加载压力波形与激光波形准等熵压缩过程中，压力波以声速传播，最理想的压缩过程为：压力波为中心压缩波，当传输至材料内部一定厚度处，波头、波尾以及之间部分完全重合即形成冲击波，此时的压力、密度均为无穷大。通常，冲击波出现之前区域的加载过程被认为是准等熵的。［１９］在Ｌａｇｒａｎｇｅ坐标下，根据凝聚态物质等熵线方程，推导得到理想等熵假设前提下的加载压力和驱动功率表达式分别为－２γ０２γ＋１ρ０ｃ０ｔ０ｐ（）ｔ＝［（１－ｔ）－１］（１）γ００１－３γ－２γ１－γ０００３γ＋１γ＋

8、１γ＋１２ρ０ｃ０ｔ０ｔ０ｔ０Ｐ（）ｔ＝［（１－ｔ）－（１－ｔ）－（１－ｔ）＋１］（２）（γ０