直接驱动球内爆点火的数值模拟

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1、!第!"卷!第"期强激光与粒子束#$%&!"!’$&"!!())*年"月+,-+./012345124’6.427,831914:54;<&!())*!文章编号!!!))!=>?(("())*#)"=!(@A=)B直接驱动球内爆点火的数值模拟"郁晓瑾!!!叶文华(!!吴俊峰("!!中国工程物理研究院研究生部!北京!)))""$!(!北京应用物理与计算数学研究所!北京!)))""#(!温度!)EF#的点火热斑&减速!!摘!要!!实现中心点火的基本条件是在内爆中心形成面密度)&?<%CD阶段流体不稳定性的增长!会破坏对称压缩!减小热斑体积!直接破坏点火热斑的形成!对点火构成威胁&在原有34216=

2、5程序的基础上!加入热核反应和!粒子加热过程程序模块!对直接驱动,8G球内爆过程进行数值模拟研究!!维模拟结果与’,G直接驱动点火靶的设计基本相符!显示!粒子加热对边缘点火起重要作用$(维模拟表明减速阶段流体不稳定性对点火有重要影响&!!关键词!!中心点火$!!粒子加热$!流体不稳定性$!靶能量增益!!中图分类号!!/?*!&B$/(>(&!!!!!文献标识码!!4!!目前!美国和法国正在分别建造的惯性约束聚变",8G#激光点火装置’,G和3:H!采用中心点火方式!分直接和间接两种驱动&实现中心点火的基本条件是在内爆中心形成面密度"#)&?<%CD(!温度!)EF#的点!!火热斑!并将热斑外的

3、冷氘氚"67#主燃料压缩到高密度&因为激光点火装置的造价很高!所以降低点火驱动能量"造价#成为,8G点火研究的关键&为了实现67燃料的高压缩!需要采用高收缩比和高形状因子靶丸结构设计!实行整形预脉冲的接近等熵的压缩!高收缩比’高形状因子和整形预脉冲驱动!都会导致内爆中流体不稳定性的较大发展&首先是烧蚀2IJ%FK

4、运动的冷67尖顶!显著增大热传导降温作用!导致中心热斑体积变小!减少热斑值!如果热斑小于)&?<%CD("与一个!粒子自由程相当#!就可能导致点火失败&当!!!!热斑的值明显大于)&?<%CD(时!!粒子能量沉积可近似看作当地即时沉积$若值接近)&?<%CD(附!!!!(!)近!研究点火就必须考虑!粒子能量传输过程&(()!!本文在原有34216=5程序的基础上!加入热核反应和!粒子加热过程模块!研究直接驱动,8G内爆点火过程以及减速阶段流体不稳定性对内爆点火的影响&选取直接驱动纯67点火靶和整形脉冲!首先进行!维模拟至减速阶段开始前时刻!然后记下!维流场分布!在内界面加上初始扰动!进行减速阶

5、段(维模拟研究&"!物理方程组!!考虑到计算量!程序中采用单温近似!轫致能耗项作为源项加在单温方程的右端!!粒子采用单群扩散模型!考虑激光的逆轫致吸收!使用理想气体状态方程&如下给出(维球几何中数值模拟的物理方程组*"&"!质量"动量和能量方程#可压$无粘单温流体模型%#!#$!#"%(#$!#"#"!#(!&!’NKO"#"%#%%NKO"#"(#"!&##$!#"%((#$!#"#$#()!’"(#(!&!&’NKO"#"%#%%NKO"#"#%%#"!’##$!#"%(#$!#"(NKO"#$!#($!&’"?#(!&’!’#"%#%%NKO"#"%#"%#"!###$!#"%(#$!#

6、"#$((!#"%(&#)!#"’NKO"#))(!#&!#’NKO"(#"%#%%NKO"#"%#%%NKO"#"!#"%(*%)+B%(#+)!#"!*")+B%(#+NKO"#$,2),3),!">#(%#%#%%NKO"#"%#""收稿日期!())*=)?=(A$!!修订日期!())*=)*=(*基金项目!国家"*?计划项目资助课题$国家自然科学基金资助课题"!)>AB)!!!!)((B!)B!!)!?B)!)#作者简介!郁晓瑾"!@"!+#!女!硕士!主要从事惯性约束聚变中流体不稳定性研究$J;PKI$QKO())!"!*?&C$D&$’9E强激光与粒子束第$E卷式中!为密度"!#"

7、分别为##"方向的速度"$为压强"#!%为比内能#’为温度#%为定容比热容"(和(!&’&#"""分别为#和"方向的电子热传导系数"))’’$,%#*为平均离子电荷数#+#!$%&’($"*!’!+*++#为轫致能耗项*和+分别为单位质量离子数和单位质量电子数")为激光源项")&’$(为!能量沉积项#$是经典+-!!,!!+-+!+$&%!粒子和电子能量驰豫时间#-+!,,&’,,.’+(#是能量