Z箍縮內爆動力學過程中非Planck輻射產生機制研究

《Z箍縮內爆動力學過程中非Planck輻射產生機制研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由肖德龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：Z箍縮內爆動力學過程中非Planck輻射產生機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：肖德龍
• 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所

項目摘要

Z箍縮內爆動力學過程中產生的X光輻射在強輻射源、高能量密度物理和驅動慣性約束聚變研究中具有重大套用價值，因此研究清楚其產生機制和能譜結構具有重要意義。研究表明，Z箍縮產生的X光輻射並不是平衡的Planck能譜分布。輻射的非平衡特性會極大地影響Z箍縮內爆動力學狀態，並且也被廣泛用於診斷電漿參數。項目從理解Z箍縮非平衡X光輻射微觀產生機制及其對內爆動力學的反作用過程出發，通過把細緻的原子電離模型和輻射輸運模型耦合到磁流體力學運動中，研究各碰撞過程和輻射躍遷對形成非Planck輻射能譜結構的機理，分析不同內爆階段的主導輻射產生機制及能譜分布，研究非平衡輻射能譜產生過程對巨觀內爆動力學和能量最佳化的影響，獲取不同驅動器和負載條件下的最佳化參數。進而建立能譜診斷分析方法，提出電漿參數能譜診斷方案。本項目可以深化對Z箍縮物理過程特別是高能量密度條件下輻射產生機制的理解，為實驗設計和分析提供參考。

結題摘要

根據項目研究構想，我們針對Z箍縮內爆動力學過程中的非Planck輻射產生機制建立物理模型，研製模擬程式，開展Z箍縮非平衡輻射特性和輻射產生機制物理研究，發展能譜程式用於電漿參數診斷，初步開展動態黑腔中輻射產生過程物理研究，並套用於毛細管放電產生X光雷射過程的物理分析。這些工作使得我們在Z箍縮非Planck輻射方面建立了較強的研究能力，對Z箍縮內爆輻射特性和主導產生機制及變化規律有了更為深入的理解與認識，並套用於Z箍縮實驗物理研究，達到了項目預期目標。 為描述Z箍縮內爆中的非Planck輻射產生過程，建立了基於主量子數的細緻組態電離模型，可以研究中性原子到裸核所有離化度下主量子數小於10的所有能級的線躍遷、複合輻射及軔致輻射過程，並考慮5類原子過程對離子布居的影響。針對線輻射輸運建立逃逸機率近似模型，針對連續譜建立多群擴散模型，並與輻射磁流體力學方程耦合，發展了一維拉格朗日非平衡輻射磁流體程式；針對Z箍縮內爆，研究清除了從電磁能到Z箍縮電漿動能、內能以及輻射能之間的能量轉化，分析了離子、電子和光子之間能量交換。進而分析了在內爆加速以及滯止過程中碰撞電離、激發、複合等原子過程對輻射產生的影響，研究了不同驅動條件下不同內爆階段的主導輻射產生機制；針對Al、Ar、Ti、Fe等中低Z材料，開展了K殼層輻射物理研究，獲得了K殼層輻射產額隨驅動電流、負載質量和半徑的變化規律。針對大電流條件下K殼層譜線吸收的問題，提出了利用原子序數相近的合金材料，降低輻射不透明度，增加K殼層輻射產額的思想並獲得了數值模擬結果的驗證；利用細緻組態模型和輻射輸運模型，研製了穩態非局域熱動平衡能譜分析程式。採用三種分析方法，針對“強光一號”Al絲陣實驗結果，診斷得到了電漿密度和溫度參數；利用非平衡模擬程式，初步研究動態黑腔輻射場形成的物理機制，明確了輻射的超聲速傳播及其與衝擊波波陣面分離的關鍵物理過程。並針對“強光一號”驅動條件進行了實驗設計，研究了絲陣與泡沫轉換體相互作用過程，主要實驗結果驗證了數值模擬計算的正確性；基於擴展的電離模型，研究了Ar和Xe毛細管放電過程，獲得了X射線雷射產生的關鍵物理圖像，分析了雷射增益隨放電和氣體參數的變化規律。 根據部分研究結果，發表了9篇Sci收錄論文。5人次參加國際會議，做口頭報告或張貼報告，與國際同行充分交流、介紹了我們的研究成果。