《慣性約束聚變中帶電粒子輸運問題的研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由李百文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：慣性約束聚變中帶電粒子輸運問題的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李百文
- 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
採用理論研究與數值模擬，開展帶電粒子輸運問題的研究，建立高置信度的數值模擬能力。第一，從核反應運動學出發，通過合理的物理假設，推導帶電粒子的能量、能譜、射程以及從聚變區界面的漏失幾率，編制一維界面漏失程式，通過考察帶電粒子的射程與界面漏失幾率等物理量，給出帶電粒子輸運的初步物理規律；第二，推導給出包括二次彌散項的Fokker-Planck方程，編制一維多群SN輸運程式，模擬熱核聚變反應產物帶電粒子的輸運、能量沉積與熱核點火燃燒過程，進一步總結和完善帶電粒子輸運的定性與定量規律；第三，通過對比研究，考查一維界面漏失與一維多群SN輸運兩個程式的適應性以及物理建模的合理性；最後，採用柱坐標和改進擴散近似，開展二維帶電粒子輸運程式的編制和初步的數值模擬研究。.本研究不僅有助於正確模擬和解釋慣性約束聚變熱核點火燃燒過程，而且對其它聚變系統的研究也是不可缺少的重要研究課題，具有潛在的國防套用價值。
結題摘要
本項目通過理論研究和數值模擬，開展帶電粒子輸運問題的研究。項目執行期間，研究工作進展順利，在完成各項研究內容基礎上，追加了雷射與結構靶相互作用過程中雷射吸收、快電子產生與輸運等相關研究工作；項目取得了預期的研究成果，通過對研究成果的整理和總結，在國內外期刊上發表論文10篇，另有2篇論文被接受發表。導出了帶電粒子的能量與能譜、射程及界面漏失幾率，完成了一維界面漏失程式的編制，初步給出了帶電粒子輸運的物理規律；導出了一維球坐標下Fokker-Planck方程，完成了一維多群輸運程式的編制，進一步分析總結了帶電粒子輸運的物理規律；通過對比研究，考查了一維界面漏失與多群輸運程式的適應性，檢驗了物理建模的合理性。開展了氚核分群下氘氚熱核反應速率的理論研究和數值計算，為一維輸運程式和二維擴散程式的研製提供了高精度的分群熱核反應速率等參數。通過一維帶電粒子輸運與多群輻射輸運程式相耦合，開展了慣性約束聚變中帶電粒子輸運相關問題的研究。開展了熱斑點火的模擬研究，分析了爆轟波形成後各能耗項與粒子能量沉積項的作用、爆轟過程及熱核爆轟的產生條件；研究了熱斑點火條件，給出了熱斑點火判據和內部自持點火條件；開展了雷射聚變氣體靶核反應速率研究，揭示了核反應速率雙峰現象的物理機制；探討了點火靶計算中電子熱傳導限流對熱斑形成的影響；開展了間接驅動中心點火靶輻射源整形方法研究，給出了實現高密度低熵壓縮的輻射脈衝溫度曲線；分析了輻射驅動不對稱性對靶球壓縮的影響；探討了示蹤材料在內爆X光診斷過程中的作用。導出了柱坐標下Fokker-Planck方程的擴散形式，完成了帶電粒子輸運二維擴散程式的編制。開展了氚核在純氘靶球中輸運的二維模擬，通過對二維圖像的分析表明，熱斑形狀變化影響氚核能量沉積及其核反應過程；同時，研究了具有不同形狀比的靶球對初次級中子產額比的影響。通過二維粒子模擬開展了雷射與結構靶相互作用過程中雷射吸收、快電子產生及輸運問題的研究。研究揭示了納米層靶導致雷射能量高效吸收、納米層錐靶導致有效雷射吸收和電子產額提高、納米刷靶設計下快電子束準直，以及改進型錐-納米層靶設計下電子束準直和微焦斑電子束產生的物理機制，提出了快電子產生與電子束參數調控的初步構想。開展了快點火參數下快電子輸運中歐姆加熱和碰撞效應對能量沉積的影響研究，通過對比分析給出了判斷二者相對重要性的判據。
