《ICF黑腔電子熱傳導問題的研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由霍文義擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：ICF黑腔電子熱傳導問題的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：霍文義
- 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
電子熱傳導在雷射燒蝕產生的電漿中起著極其重要的作用。在黑腔物理研究中，電子熱傳導會影響雷射的吸收與轉換，黑腔輻射場的時空特性、譜結構以及電漿狀態，進而會影響雷射電漿相互作用以及靶丸的輻照均勻性，關係到點火的成敗。本項目將結合數值模擬與理論分析，深入研究電子熱傳導對雷射的吸收與轉換、雷射燒蝕過程的影響。探索發展包含雷射加熱，自生磁場以及非局域效應等多種物理因素的電子熱傳導模型，研究影響電子熱傳導的物理機制，並將其套用到用於研究慣性約束聚變的輻射流體力學程式中。希望通過研究不同電子熱傳導模型下的輻射場時空特性，雷射光斑運動以及黑腔電漿狀態等多種物理現象，獲得創新性的研究成果，為點火腔的設計提供必要的物理基礎。研究成果將有助於對提高對慣性約束聚變黑腔物理的認識並會促進點火靶設計的研究進展。
結題摘要
間接驅動ICF研究已經取得了很多重要的研究進展，但點火的目標一直沒有實現。導致點火失敗的主要原因之一在於柱形黑腔中的輻照不均勻性遠高預期。並且人們對黑腔物理的複雜性認識不足。目前，數值模擬程式還不能完全重現黑腔物理實驗中所獲得的實驗結果，尤其是在黑腔電漿狀態方面。在黑腔物理研究中，電子熱傳導是一個非常重要的基礎問題。為了提高數值模擬程式的置信度，人們重新開始研究雷射電漿中的電子熱傳導問題，發展可直接用於輻射流體力學程式的電子熱傳導模型。 在本項目中，我們從庫倫碰撞出發，推導了Fokker-Planck方程。又從Fokker-Planck方程出發，詳細推導了電子熱傳導模型中各個物理量的表達式。當電子分布函式為Maxwell分布時，得到的電子熱流為Spitzer-Harm熱流。Spitzer-Harm電子熱傳導中，電子熱流只與電子溫度有關，電子熱傳導係數與電子溫度的2.5次方成正比。當電子為超高斯分布時，電子熱流不僅與溫度梯度有關，還與電子數密度和超高斯分布中的指數因子有關。即在雷射電漿中的等溫區也可能有電子熱流出現。由電子數密度引起的電子熱流與其梯度的方向相同。從Fokker-Planck方程出發，我們還推導了Braginskii電子熱傳導。在此基礎上，又考慮了雷射加熱引起的電子分布函式為超高斯分布的效應。由於雷射加熱會減少高速電子的份額，因此會抑制電子擴散熱流和Righi-Leduc流。同時，雷射加熱還會抑制自生磁場的產生速率和Nernst效應。另外，在同時考慮磁場和雷射加熱的電子熱傳導中，也會出現等溫熱流，並且由於等溫熱流的出現，還有等溫Righi-Leduc流和等溫Nernst效應出現。 我們還研究了不同的電子熱傳導模型對雷射燒蝕金靶的影響。從數值模擬結果可以看出，不同的電子熱傳導模型得到的冕區的電漿狀態有較大的差異。在雷射電漿中，雷射加熱和電子熱流的非局域性之間存在一定的競爭關係。 本項目取得的研究成果有助於深入理解雷射燒蝕高Z材料的物理過程，進而提高對黑腔物理的理解。
