“非柱形”Z箍縮動態黑腔內爆動力學研究及其最佳化設計

《“非柱形”Z箍縮動態黑腔內爆動力學研究及其最佳化設計》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由張揚擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：“非柱形”Z箍縮動態黑腔內爆動力學研究及其最佳化設計
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張揚
• 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所

項目摘要

近二十年，Z箍縮動態黑腔作為一種用於驅動慣性約束聚變點火的可能技術途徑得到廣泛的關注和研究。為了降低點火所需驅動條件，美、俄學者曾提出一種基於準球形內爆的“非柱形”動態黑腔，希望通過內爆能量的聚心載入提高黑腔輻射場溫度。然而，已有的聚心內爆方法源自磁化靶設計，並不適合現有Z箍縮實驗平台，相關研究因此進展緩慢。近年來，國內團隊發展了一種新的準球形內爆方法，且獲得實驗的初步驗證，為“非柱形”動態黑腔設計提供了一種可能的內爆載入源，為推動該領域研究的發展奠定了基礎。基於這一現狀，本課題擬從理論和數值模擬的角度，圍繞絲陣負載聚心內爆動力學、泡沫轉換體最佳化設計、以及“絲陣－泡沫”參數匹配關係等影響“非柱形”動態黑腔設計的關鍵物理問題展開研究。初步掌握此類黑腔的內爆動力學圖像和設計方法，提出利用“聚龍一號”裝置開展相關驗證性實驗的構想和方案，為Z箍縮動態黑腔的最佳化設計提供有價值的參考和依據。

結題摘要

在充分調研和分析的基礎上，我們認為現有技術條件下使用經特殊設計的絲陣負載實現準球形內爆，是目前最具潛力、可行性最高的“非柱形”動態黑腔設計思路。準球形電磁內爆可以將能量聚心載入到中心泡沫轉換體上，以獲得較柱形動態黑腔更高的能量載入密度和黑腔輻射場溫度。以準球形動態黑腔為代表的“非柱形”設計方案並不鮮見，但受制於負載製備技術和實驗平台驅動能力的限制，這些方法並未引起足夠重視。為此，我們立足於金屬絲陣的機械體電和加工工藝，提出便於實現的“準球形”絲陣內爆方法，並以驅動動態黑腔為目標，從“絲陣”內爆品質和不穩定性、“絲陣－電極”相互作用、“絲陣－泡沫”耦合設計三方面入手，對“準球形”動態黑腔的設計最佳化方法進行了討論。為了開展上述理論研究和數值模擬分析，建立並完善了零維薄殼模型、多質點模型和二維磁流體力學（MHD）模型，並研發了相應的數值模擬程式。研究發現，準球形電磁內爆的動能分布不均，通過改變電極形狀可以對其進行最佳化。內爆電漿同泡沫轉換體作用的同步性同負載的初始狀態有關。為滿足同步性要求，對負載初始形狀的控制精度需要達到0.1mm。準球形電磁內爆過程中的MRT不穩定性發展不僅會造成內爆總能量的下降，同時還會導致載入時間的延長，不利於提高能量載入效率。模擬發現，在碰撞機制假設下，使用雙層負載能夠提高內爆的穩定性，改善能量的載入過程。此外，完成了“Angara5-1”和“聚龍一號”驅動器準球形電磁內爆實驗的負載設計，為後續開展3-10MA驅動電流條件下的準球形動態黑腔實驗研究提供了參考。