慣性約束聚變中內爆靶球的光譜線形與溫度密度診斷

《慣性約束聚變中內爆靶球的光譜線形與溫度密度診斷》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由靳奉濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：慣性約束聚變中內爆靶球的光譜線形與溫度密度診斷
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：靳奉濤
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

慣性約束聚變（ICF）中，內爆靶球電漿的溫度、密度及其空間分布的診斷對靶球設計、內爆過程的分析等非常重要。隨著單能成像等實驗技術的發展，人們開始對靶球空間分布的光譜進行測量，因此迫切需要對實驗光譜進行理論分析來診斷溫度和密度的空間分布，為改進實驗設計提供依據。本項目擬從基本的原子物理和電漿物理出發，發展電漿光譜診斷的理論模型，通過計算靶球摻雜元素髮射譜線的強度、寬度進行電子溫度、密度的診斷。採用細緻能級模型計算電漿光譜和不透明度；採用分子動力學方法模擬靶球芯區電漿中的離子運動，獲得微場分布，通過求解含時薛丁格方程的方法獲得譜線的Stark寬度，以此診斷電漿密度；建立參數搜尋與最佳化的算法獲得芯區溫度、密度的空間分布，並考慮芯區電漿的輻射不透明度效應。本項目成果能為我國ICF實驗研究提供很好的參考，對發展高溫、稠密電漿環境中的原子物理也具有很好的理論價值。

結題摘要

本課題的研究的目的是通過分析ICF內爆靶球中示蹤元素的X射線發射譜，診斷靶球中電子溫度、密度及其空間分布，從而了解靶球在內爆過程中的狀態，分析靶球的對稱情況。我們建立了局域熱動平衡（LTE）及非局域熱動平衡條件下高溫電漿光譜計算的理論模型、計算方法，編制了計算程式。我們計算了Ar、Al、Fe、S、Br等元素各價態離子的能級以及躍遷數據，研究了高溫稠密狀態下Ar、Al電漿的輻射不透明度、發射光譜、譜線線型等。結合國內外重要的實驗結果對理論模型、計算方法進行了對比驗證，證明了我們的理論模型的合理性。同時對實驗光譜進行了理論分析，對實驗中可能存在的問題進行了討論。我們研究了在ICF內爆靶球中電子溫度、密度的空間分布以及電漿電離平衡狀態。討論了NLTE條件下各種輻射以及電子碰撞過程對電離平衡的貢獻以及影響，得到了電漿中各價態離子及能級的布居，通過實驗中Ar的類氫、類氦離子的K殼層譜線的強度對溫度進行了較為準確的分析和診斷。對內爆中靶球的推進層和燃料層是否存在混合進行了分析、討論。 通過本項目的研究，我們獲得了Ar、Al、Fe、S、Br等常用於內爆實驗的原子的各價態離子的能級、輻射躍遷、碰撞躍遷的原子參數庫，數據豐富，精度較高，能夠滿足輻射不透明度、光譜診斷等方面的需要。獲得了典型條件下內爆摻Ar靶球的X射線光譜，積累了經驗，為進一步的研究打下了較好的基礎。 本項目的研究成果具有比較好的科學意義，在ICF的研究中具有很好的套用前景，能夠為ICF中靶球的設計提供依據和建議，為了解靶球在內爆中的狀態提供理論上的分析。同時，通過本項目的研究，增強了課題組在原子物理基礎研究方面的能力，培養了人才。