《慣性約束聚變內爆過程中低階模不對稱性問題研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由谷建法擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：慣性約束聚變內爆過程中低階模不對稱性問題研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：谷建法
- 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
流體力學不穩定性是慣性約束聚變（ICF）與國防研究的關鍵物理問題，其中低階模不對稱性是導致ICF最新內爆實驗點火失敗的主要原因之一。由於低階模擾動的來源，發展及其對內爆性能的影響非常複雜，目前國際上對這一課題的研究尚不充分。本項目擬採用數值模擬為主，理論分析，數值定標與物理實驗相結合的研究方法，研究不同時間階段的輻射流驅動不對稱性，高能X光預熱，以及多模耦合效應等因素對低階模擾動發展的影響，得到低階模不對稱性發展的定標規律，認清導致點火靶內爆低階模不對稱性的關鍵物理因素，發展有效抑制低階模擾動增長的方法，為ICF點火物理與內爆實驗提供理論支持。
結題摘要
低階模不對稱性是導致美國國家點火裝置上慣性約束聚變（ICF）內爆實驗點火失敗的關鍵因素。引起內爆低階模不對稱性的主導因素尚未明確。要改善點火靶內爆性能必須明確導致點火靶內爆低階模不對稱性的主導因素，並發展有效的對稱性調控技術。本項目獲得如下重要進展：（1）研究了不同時間階段的驅動不對稱性對低階模擾動發展的影響規律，發現預脈衝階段與主脈衝階段相同相位的P2驅動不對稱性引起的形變相位相反；由此我們創新性地提出了“輻射流不對稱性正正相消”調控方法，能夠有效地改善內爆對稱性與最終產能。（2）研究了低階模驅動不對稱性與中高階模靶丸表面粗糙度之間的模耦合效應對點火靶內爆性能的影響，發現模耦合效應引起靶殼破裂，導致內爆產能降低與點火失敗，同時數值模擬得到的二次諧波幅度與模耦合理論公式較好地符合。（3）研究了黑腔內高能X光預熱不對稱性對點火靶內爆低階模不對稱性的影響規律，明確給出點火靶對M帶輻射流不對稱性的產能懸崖位置以及ICF對黑腔內高能X光預熱不對稱性的指標要求。同時，發現熱斑面積增大與渦流效應共同加劇了熱斑邊界能量漏失，導致內爆性能退化與點火失敗。（4）針對目前美國點火靶實驗面臨的主脈衝階段嚴重的P2不對稱性困難，本項目通過人為加厚點火靶丸極軸方向燒蝕層或DT主燃料層厚度，創新性地提出了CH/DT非球殼點火靶設計來抵消主脈衝階段嚴重P2驅動不對稱性對內爆性能的影響，該方法能夠有效地改善內爆對稱性與最終性能；並通過二維模擬掃描給出了非球殼靶設計的最佳化空間。（5）系統模擬研究了黒腔殘餘驅動不對稱性，靶丸支撐膜，靶丸燒蝕層外表面鼓包與凹坑缺陷，以及DD/CH物質界面上的氣泡缺陷等二維非理想因素對整形脈衝內爆性能的影響，發現整形內爆對靶丸燒蝕層外表面的凹坑缺陷最為敏感，確定了影響內爆性能的關鍵因素。
