惯性约束聚变中内爆混合的模型构建

从热斑质量方程和能量守恒方程入手,重新计算考虑混合后聚变燃料的比内能和比热容等热力学参数,分析混合效应在轫致辐射损失等能量输运方面的作用,构建有杂质混合情况的热斑燃烧动力学模型.根据静态模型中的热斑燃烧的功率平衡条件,研究烧蚀层杂质混合比例与点火阈值和热斑自持燃烧的关系.理论分析和数值计算表明,混合效应导致热斑中的轫致辐射增强是点火失败的重要因素之一.通过调整不同掺杂材料、混合浓度及混合方式,得到壳层混合与热斑面密度、热斑离子温度的演化之间的关系.最后,基于模拟结果给出两种降低混合影响的方法.     

等容预压缩等离子体中的快点火热斑形成与燃烧波传播

研究热斑点火物理过程对于实现聚变点火和高增益聚变放能具有重要意义,但是,迄今为止的大部分相关研究都是针对等压构型预压缩等离子体进行的,对等容构型预压缩等离子体中的热斑点火过程研究尚不充分.本文针对双锥对撞点火方案产生的等容预压缩高密度等离子体,建立了描述热斑边界演化和核聚变燃烧的半解析模型.该模型表明,在等容预压缩高密度等离子体中的热斑边界,可以用对热斑产生的α粒子具有强烈吸收作用的激波波峰的位置来定义,且等容预压缩等离子体中的热斑点火过程也存在α粒子射程主导的自调节现象.通过考虑α粒子的空间不均匀沉积效应,可以利用该模型描述等容预压缩等离子体中热斑内部的温度和密度演化.使用该模型分析热斑在点火初期时刻的劳森参数和平均热斑温度发现,在快电子总能量相同情况下,能量较低的快电子束更有利于实现点火.辐射流体模拟程序O-SUKI-N的验证计算表明,本文提出的半解析模型的计算结果具有较强的合理性.     

爆推快点火模型分析

 使用简单的爆推模型估算爆推快点火过程及其结果。 首先由ns级主驱动激光直接驱动，形成中心低密度高温热斑，周围为高密度低温主燃料区, 两区压力平衡(等压模型)；然后用ps级超短超强激光打入，产生超热电子，其能量在低温主燃料区沉积，主燃料区发生爆炸，一部分向外飞散，一部分向内压缩中心热斑。在这个爆推模型下，热斑体积压缩比为64，中子产率将有极大的提高，相应的中子产额和能量增益得到提高。离子温度因为主燃料区质量过大，提高不大。提高超热电子能量，或者减小低温主燃料区质量，离子温度将会显著提高。不同的初始离子温度对结果有很大影响，较低的初始温度下更容易得到较高的中子产率和产额。     

快重离子束实现点火的可行性

采用蒙特卡罗方法计算了低温下C,Si,Ar,Au和U等多种重粒子在等物质的量氘氚等离子体密度1000 g/cm3、热斑直径50 m中的电子能量损失,不同点火形式下入射能量和作用时间,以及燃料约束时间为20 ps条件下的束流强度。通过对数据的分析研究了这些重粒子辐照实现氘、氚燃料快点火的可能性。结果表明,重粒子束流加热等离子体实现快点火理论上可行,而且有一定的优势;较重的离子加热聚变等离子体的效果更好。重粒子束流加热等离子体到聚变温度需要的束流强度在MA左右;单个粒子的能量在GeV以上;相互作用时间为ps以下。     

压缩氘氚球的热核燃烧特性研究

本文利用LARED-S程序模拟了等密度和等压力条件下压缩氘氚球的热核反应燃烧过程.对于等密度模型,模拟了两个具体算例,与国外计算结果进行了比较,验证了程序的可靠性.对于等压力模型,利用数值模拟给出了热核反应燃烧与压缩氘氚球初始状态之间的关系曲线,分析发现,氘氚装量、压力和主燃料密度的增加有利于提高热核反应放能和燃耗,中心热斑的温度和面密度分别达到70—80 MK和3—4 kg·m^-2时热核反应才有显著的放能,提高主燃料密度,可以适当放宽对中心热斑的点火要求.最后对实际点火靶进行了数值模拟并且与等压力模拟计算结果进行了比较分析. 关键词： 压缩氘氚球 等密度模型 等压力模型 热核反应聚变     

基于中子飞行时间法的ICF内爆热斑离子温度诊断技术北大核心CSCD

在惯性约束聚变研究中,内爆热斑离子温度反映了热斑能量的高低,对内爆对称性和内爆速度等物理量十分敏感,是理解内爆物理过程不可或缺的重要参数。介绍了一种基于中子飞行时间法的ICF内爆热斑离子温度诊断技术。建立了一种采用塑料闪烁探测器作为中子测量器件的快时间响应中子飞行时间谱仪。谱仪输出时间波形的半高全宽小于1.1ns,上升时间约为0.5ns。描述了基于反卷积运算和低通滤波的飞行时间谱解谱方法。在神光Ⅲ原型装置较低的中子产额和离子温度条件下通过这种诊断技术成功获得了内爆热斑离子温度。     

纯欧姆加热下托卡马克放电启动的0维数值模拟

利用0维数值模型对国际热核实验聚变堆(ITER)的启动放电进行了模拟,给出等离子体密度、等离子体电流、电子温度等参量随时间的演化,并给出电子和离子能量损失的变化。通过分析等离子体参量变化,发现对于特定的环电压,初始放电气压存在上限值,并且分析了启动过程中能量损失机制。在气体完全电离后,电子的平衡损失和输运损失占主导作用。     

高能聚变产物与燃料粒子间的核加库仑相干散射

在具有较高电子温度的D－^3He聚变等离子体中,强子弹性散射、核加库仑相干散射和核反应产物的传播等效尖变得相对重要,而聚变产生的高能离子与电子的库仑相互作用变弱。部分本底燃料离子被聚变产生的高能离子轰击而成为麦克斯韦分布函数尾部的“超热”燃料离子,从而提高了D-^3He聚变反应。     

~6LiD脉冲复合离子源与聚变DT等离子体的相互作用

分析了氘化锂与聚变DT等离子体的相互作用,采用蒙特卡罗方法计算了在密度500g/cm3、燃料半径100μm条件下的作用参数。结果表明:热斑加热的电子需要最小能量为4.65 MeV,氘离子需要的最小能量为122.83 MeV,沉积在热斑中的最大能量为34.43 MeV,锂离子最小能量为368.5 MeV;最小电流强度为1.15×107 A。电子、氘离子、锂离子在等离子体中沉积时间分别为0.07,0.49,0.64ps,均小于1ps。采用氘化锂作为加热粒子源,克服了其他单离子加热热斑的方法遇到的一些困难,是一种较好的方法。     

Optical switching of optomechanically induced transparency and normal mode splitting in a double-cavity system

The coupling efficiency of short-pulse ignition laser energy to hot-spot internal energy directly affects the feasibility of fast ignition. Experimental characterization of the hot spot has attracted much attention. Among temperature, density and neutron yield of fast ignition experiments, the temperature of the hot spot has few available diagnostic methods. Multispectral X-ray imaging of hot-spot continuum emission is expected to give the time evolution of the electron temperature distribution. This article describes electron temperature determination from multispectral imaging, a dual-channel X-ray Kirkpatrick-Baez (KB) microscope designed for two-spectral imaging, and the experimental results of hot-core multispectral imaging of an imploded cone-shell target at the SG-II laser facility.     

弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型

 基于Kim的弹粘塑性单球壳塌缩模型,考虑PBX炸药中的粘结剂效应,假设炸药和粘结剂均为弹粘塑性材料,建立了弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型,给出了炸药球壳在冲击压力作用下的速度、应变、温度和化学反应速率的时空分布,以及新的热点反应速率理论表达式。把新的热点反应项与Kim的低压下慢反应项和张震宇提出的高压反应速率方程相结合,得到了新的冲击起爆三项式细观反应速率模型。把该模型加入DYNA2D中,模拟了PBX-9501炸药的一维冲击起爆过程,结果表明：该模型除了可以解释炸药颗粒度和孔隙度的影响外,还可以较好地描述粘结剂强度和含量对PBX炸药冲击起爆感度的影响。     

Ignition of a combustible stagnant gas layer by a circular hot-spot

The influence of a circular hot-spot on the thermal stability of a thin layer of exothermically reacting gas is considered. A hot-spot of this kind would be produced by a laser beam emerging from an optical fibre and impinging on a solid bounding surface from the gas side. The temperature of the hot-spot is not constant across a diameter but decreases radially. The effect of such radial variation on the critical conditions for ignition has been evaluated.     

压缩氘氚球的热核燃烧特性研究

本文利用LARED-S程序模拟了等密度和等压力条件下压缩氘氚球的热核反应燃烧过程.对于等密度模型,模拟了两个具体算例,与国外计算结果进行了比较,验证了程序的可靠性.对于等压力模型,利用数值模拟给出了热核反应燃烧与压缩氘氚球初始状态之间的关系曲线,分析发现,氘氚装量、压力和主燃料密度的增加有利于提高热核反应放能和燃耗,中心热斑的温度和面密度分别达到70—80 MK和3—4 kg·m^-2时热核反应才有显著的放能,提高主燃料密度,可以适当放宽对中心热斑的点火要求.最后对实际点火靶进行了数值模拟并且与等压力模拟计算结果进行了比较分析.     

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采用二维轴对称双温度化学非平衡(2T-NCE)模型,模拟了带有水冷约束管的大气压直流电弧氩等离子体发生器.得出了不同工作参数下等离子体中电子温度、重粒子温度的变化关系,表明直流电弧等离子体有很强的非平衡特性,且变化规律十分明显.     

亚微米DSOI MOSFET非平衡热电耦合模拟

本文利用电子-光学声子-声学声子散射非平衡能量热电耦合模型数值模拟了DSOI MOSFET,得到了器件静电势、电子浓度和温度分布、声子温度等分布,分析了其热电性质。结果表明在栅极靠漏区是器件热电特性变化最为显著,DSOI器件自热效应很小,具有很好的热电特性,在亚微米器件中的确存在非平衡能量状态。     

An electrohydrodynamics model for non-equilibrium electron and phonon transport in metal films after ultra-short pulse laser heating

The electrons and phonons in metal films after ultra-short pulse laser heating are in highly non-equilibrium states not only between the electrons and the phonons but also within the electrons. An electrohydrodynamics model consisting of the balance equations of electron density, energy density of electrons, and energy density of phonons is derived from the coupled non-equilibrium electron and phonon Boltzmann transport equations to study the nonlinear thermal transport by considering the electron density fluctuation and the transient electric current in metal films, after ultra-short pulse laser heating. The temperature evolution is calculated by the coupled electron and phonon Boltzmann transport equations, the electrohydrodynamics model derived in this work, and the two-temperature model. Different laser pulse durations, film thicknesses, and laser fluences are considered. We find that the two-temperature model overestimates the electron temperature at the front surface of the film and underestimates the damage threshold when the nonlinear thermal transport of electrons is important. The electrohydrodynamics model proposed in this work could be a more accurate prediction tool to study the non-equilibrium electron and phonon transport process than the two-temperature model and it is much easier to be solved than the Boltzmann transport equations.     

Effect of Hydrogen Addition on Methane HCCI Engine Ignition Timing and Emissions Using a Multi-zone Model

通过使用CHEMKIN多区模型研究添加氢气对甲烷燃烧的影响. 结果显示添加氢气提前点火正时并且提高最高压力和最高温度. 同时,用简易的化学反应动力学分析它的适用范围. 结果表明羟基在燃料的氧化中起重要作用. 添加氢气增加氮氧化物的排放,但会降低碳氢和一氧化碳的排放. 废弃再循环也会提前点火正时,但是它对排放的影响相反. 通过调节添加氢气与废弃再循环的量,点火正时可以在低排放的条件下进行调节. 研究发现氮氧化物主要产生在核心区,而碳氢和一氧化碳主要产生在缝隙区和边界层区.