X箍縮內爆動力學過程的物理特性及二維MHD數值模擬研究

《X箍縮內爆動力學過程的物理特性及二維MHD數值模擬研究》是依託山東大學，由趙彤擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：X箍縮內爆動力學過程的物理特性及二維MHD數值模擬研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：趙彤
• 依託單位：山東大學

中文摘要

X箍縮（X-pinch）電漿是高質量的X射線輻射點源，非常適合作為X射線背光光源用來研究高密度材料中的瞬態現象，如套用於和受控核聚變相關的Z箍縮（Z-pinch）內爆電漿的背光成像研究，因此X-pinch的研究具有重要的意義和廣闊的套用前景。基於前期已開展的大量X-pinch診斷實驗工作，本申請項目將建立描述X-pinch內爆動力學過程的自洽的二維磁流體力學（MHD）模型，並進行相應的數值模擬分析，得到內爆電漿各參量的二維時空分布，細緻地再現X-pinch內爆動力學的演化過程，並與X-pinch實驗所獲得的背光照相圖像及相關診斷數據進行相互印證，深入研究X-pinch內爆動力學過程的物理特性，從而對X-pinch實驗參數的最佳化設計等X-pinch套用中涉及的關鍵問題提供必要的理論指導。本項目研究結果將豐富X-pinch研究領域的基礎理論和分析方法，具有重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

X 箍縮（X-pinch）電漿是高質量的X 射線輻射點源，非常適合作為X 射線背光光源用來研究高密度材料中的瞬態現象，如套用於與受控核聚變相關的Z 箍縮（Z-pinch）內爆電漿的背光成像研究，因此X-pinch 的研究具有重要的意義和廣闊的套用前景。基於前期已開展的大量X-pinch診斷實驗工作，針對X-pinch內爆動力學過程的二維磁流體力學（MHD）模型的建立，本項目首先研究並確定了建模對象的區域、模型的初始時刻以及電漿初始狀態；針對X-pinch為三維空間內發展變化的複雜過程，提出採用兩個二維MHD模型進行簡化分析——在X-pinch兩絲交叉平面內的二維（r, z）軸對稱模型，以及在垂直於對稱軸的平面內描述箍縮動力學行為的二維（x, y）模型；構建了採用二維三溫輻射磁流體力學方程組描述的X-pinch內爆動力學過程模型；在歐拉-拉格朗日算法的基礎上提出對數值模擬方法的改進，針對所建立的二維（r, z）模型和二維（x, y）模型開展了前期探索性的數值模擬研究。研究成果豐富了X-pinch研究領域的基礎理論和分析方法，具有重要的理論意義和套用價值。