高能量密度物理中的輻射燒蝕問題研究

《高能量密度物理中的輻射燒蝕問題研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由李永升擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高能量密度物理中的輻射燒蝕問題研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李永升
• 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所

項目摘要

輻射燒蝕是高能量密度物理中的重要物理現象，也是高能量密度物理實驗的一種重要驅動方式。深入理解和把握輻射燒蝕的基本物理規律具有重要的物理意義和實際套用價值。本項目將通過數值模擬與理論分析相結合的方式，研究低Z材料的質量燒蝕速率、燒蝕壓、輻射流體力學效率等與材料的輻射不透明度、狀態方程等物性參數的關係；研究輻射源溫度、能譜、時間行為等因素對鋁/鈦衝擊波行為的影響，發展鋁/鈦衝擊波診斷黑腔輻射場的方法；研究分析高Z材料的高壓狀態方程阻抗匹配實驗對黑腔輻射源在溫度、時間行為以及能譜方面的要求，探索高溫輻射場驅動衝擊波在高壓狀態方程實驗上的套用前景。希望通過分析物理現象提煉物理規律，獲得創新性研究成果，並對輻射燒蝕衝擊波在黑腔輻射場診斷、高壓狀態方程實驗方面的技術套用起到推動作用，對ICF點火靶丸燒蝕層材料的選取起到參考作用。

結題摘要

圍繞高能量密度物理中低Z體材料在高溫輻射場（等效溫度為100~300電子伏）作用下的輻射燒蝕問題，進行了下述四個方面的研究，取得了創新性的研究成果，完成了預定的研究計畫。 ⑴研究了輻射不透明度和狀態方程等物性對低Z材料的輻射燒蝕速率、燒蝕壓、輻射流體力學效率等的影響，獲得規律性認識: 質量燒蝕速率和燒蝕壓都隨材料不透明度的減小和定容比熱的減小而增大，在燒蝕剩餘質量比相同的情況下，輻射流體力學效率隨材料不透明度參數的增加和絕熱指數的增加而增大，受定容比熱的影響很小。這些認識可為我國輻射驅動慣性約束聚變點火靶設計的材料選取提供理論指導； ⑵研究了中高Z雜質元素對低Z材料輻射燒蝕的影響，中高Z雜質可強烈吸收輻射場中的硬X射線，有效降低對流體未擾動區的預熱作用，但同時降低了材料的質量燒蝕速率、提高了燒蝕面上密度梯度和溫度梯度。在雜質總量不變的情況下，雜質濃度越低分布區域越寬則對高能X射線預熱作用的抑制效果越好； ⑶分析了不透明度參數不確定度對“Al/Ti衝擊波診斷雷射驅動黑腔輻射場方法”的影響，表明輻射參數在10%的不確定度範圍內對衝擊波速度影響小於2%，處於診斷不確定度範圍內；提出了“名義衝擊波速度”的概念，使該方法更好的套用於實驗分析； ⑷針對我國大型雷射裝置——神光III主機，探索了輻射燒蝕驅動的高Z材料厚靶狀態方程實驗的可行性，給出該裝置驅動能力下厚靶鈾材料阻抗匹配實驗對黑腔輻射場的等效輻射溫度、脈寬等參數的要求，並給出了三個從雷射的功率、脈寬到黑腔以及狀態方程靶的構形和尺寸的全面的最佳化設計。 上述部分研究內容已經發表在SCI刊物上，部分內容寫成總結報告，並在國際國內會議上做了口頭報告和/或張貼報告。該項目的部分創新性研究成果獲得了省部級科技進步二等獎。