《ICF內爆減速階段流體力學不穩定性新致穩機制研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由范征鋒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：ICF內爆減速階段流體力學不穩定性新致穩機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：范征鋒
- 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
慣性約束聚變（ICF）中，內爆流體力學不穩定性是阻礙聚變點火的關鍵因素；美國科學家在其國家點火裝置上採用高腳驅動、高熵內爆的方式來控制流體力學不穩定性增長，實現了燃料增益大於1；然而，高熵內爆會大幅度增加聚變點火所需雷射能量，因此迫切需要新的物理機制進一步控制ICF內爆過程的流體力學不穩定性增長，緩解熵增、降低雷射能量需求。據此，本項目擬針對間接驅動，研究內爆減速階段、熱斑與DT主燃料界面處流體力學不穩定性的新致穩機制，涉及①抑制熱斑/DT主燃料界面衝擊波反彈和②熱斑alpha粒子加熱兩種致穩機制。本項目將深入研究這兩種機制對於致穩減速階段流體力學不穩定性和改善靶丸內爆性能所發揮的作用；研究燃料熵增等因素對不穩定性致穩作用的影響；並通過接近真實內爆多尺度流體不穩定性問題的大規模模擬，研究不穩定性致穩機制的實際有效性。從而為間接驅動改進靶設計提供新的技術途徑和物理支持。
結題摘要
慣性約束聚變（ICF）中，內爆流體力學不穩定性是阻礙聚變點火的關鍵因素。儘管高熵內爆可以控制流體力學不穩定性增長，但是需要大幅度增加聚變點火所需雷射能量，因此迫切需要新的物理機制進一步控制ICF內爆過程的流體力學不穩定性增長，緩解熵增、降低雷射能量需求。本項目旨在針對間接驅動研究內爆減速階段、熱斑與DT主燃料界面處流體力學不穩定性的新致穩機制。通過本項的研究，我們獲得如下重要進展：（1）通過理論定標率研究雷射間接驅動的參數空間，發現當驅動輻射溫度升高、靶丸飛行熵增因子增大或靶丸燒蝕材料性能提高時，內爆的不穩定性顯著降低；（2）針對間接驅動主脈衝波形，提出了尖峰脈衝設計的新思想，當採用尖峰脈衝波形設計時，減速階段熱斑與DT主燃料界面處流體力學不穩定性得到顯著改善，同時燃燒的熵增被控制在中等水平，從而降低雷射能量需求；（3）通過對尖峰脈衝設計的深入研究，我們還發現尖峰脈衝設計可以提高中心熱斑離子溫度與電子溫度非平衡性，顯著擴大聚變點火區在熱斑面密度和熱斑溫度空間的範圍；基於NIF實驗結果，我們還可以推斷離子與電子非平衡在NIF內爆實驗中是普遍存在的；（4）研究發現在連續密度分布界面上，瑞利-泰勒不穩定性存在多個本徵模態，隨著模態數升高對應波數的線性增長率逐漸減小，這意味著如果能夠將第一模態擾動轉化為高階模態，不穩定性增長有望得到更為顯著的控制；（5）針對驅動不對稱性引起的低階擾動模，發展了一個簡化的理論模型，理論研究結果表明熱斑半徑不對稱性和殼層速度不對稱性對內爆性能的影響比殼層面密度不對稱性的影響更為顯著，理論研究還表明當熱斑半徑不對稱性與殼層速度不對稱性的幅度滿足一定關係時，兩者的不利作用可以相互抵消。上述研究可以為間接驅動靶設計的改進提供新的研究思路，比如在國產雷射裝置上開展的尖峰脈衝驗證實驗表明，在相同雷射能量和靶丸參數條件下，尖峰脈衝設計獲得的聚變產額顯著高於平頂脈衝設計。
