高温烧蚀初始印记及其发展的研究

直接驱动惯性约束聚变（ICF）中，高温烧蚀初始印记（Imprint）产生的密度调制经过瑞和泰勒（RT）不稳定性发展得到放大，会破坏对称压缩，降低聚变增益，甚至导致点火失败。为此，从实验上研究了调制深度约为1／5的正弦调制激光作用厚CH靶（驱动激光结束时刻，靶背未开始移动）时的Imprint及其发展情况，并进行了初步的模拟计算分析。     

激光间接驱动惯性约束聚变二维总体程序——LARED集成程序

介绍了辐射流体力学程序LARED集成程序的物理背景、模型方程、数值方法和数值算例。该程序主要应用于激光间接驱动惯性约束聚变的二维整体模拟,兼顾激光直接驱动、辐射驱动靶丸内爆过程和流体不稳定性等物理过程的数值模拟。通过与实验数据、一维辐射流体力学程序进行比对,验证了程序的可靠性。该程序实现了多群输运建模下NIF点火靶的全过程数值模拟,并已应用于惯性约束聚变的物理研究。     

CH薄膜泡沫复合平面调制靶制备初步研究

瑞利-泰勒（R—T）流体力学不稳定性是制约惯性约束聚变（ICF）实验点火的重要因素之一。研究证明，通过在有机薄膜或低密度泡沫上人为引入面密度扰动可以模拟靶丸表面的不完整性，通过测量激光对靶烧蚀过程中靶密度扰动的时空分布非线性增长，可估算R—T不稳定性的大小。关于调制薄膜制备的方法国内目前仅有数篇报道，但有关薄膜泡沫复合调制靶的制备还未见相关文献报道。     

神光Ⅱ激光装置X射线高分辨单色成像技术

介绍了基于球面弯晶的X射线高分辨单色背光成像技术。通过对球面弯晶背光成像系统的分析,获得成像关键性能参数随成像系统设计参数变化的关系,设计了应用于神光Ⅱ激光装置的单色背光成像系统。利用石英球面弯晶,采用Mg的类H共振发射线以及利用云母球面弯晶,采用Mo连续谱中3.14 keV能点进行背光实验,获得了内爆靶丸的单色投影图像,空间分辨在较大范围内好于5 m。这种成像技术在现阶段惯性约束聚变(ICF)实验研究中能够发挥许多重要的作用,特别是对内爆靶丸压缩流线的测量和流体力学不稳定性的诊断。     

双锥对撞点火机制2020年冬季实验中的瑞利-泰勒不稳定性分析

直接驱动激光聚变通过整形后的纳秒脉冲激光辐照氘氚(DT)球壳靶,经球对称压缩加速后,在中心转滞获得高温等离子体热斑,实现聚变点火.在球壳靶受到压缩和加速过程中等离子体界面的流体力学不稳定性,特别是瑞利-泰勒不稳定性的增长有可能会对压缩壳层造成破坏,导致点火的失败.本文通过理论解析和数值模拟,对基于Zhang等提出的双锥对撞点火方案(2020 Philos.Trans.A Math.Phys.Eng.Sci.378 20200015)在2020年冬季实验条件下的流体力学不稳定性增长进行了分析.结果显示理论模型与一维数值模拟中对整体压缩和加速过程的描述基本一致,在当前的近等熵波形下金锥中的壳层靶实现了低熵压缩,同时瑞利-泰勒不稳定性增长导致的最危险时刻扰动振幅和壳层厚度比可以达到约0.25,壳层依然处于安全状态,但当初始壳层表面扰动均方根振幅大于22 nm时,则可能出现壳层的破裂.因此,未来实验中的靶设计与驱动激光脉冲波形设计中可以通过增加靶壳层厚度、提高预脉冲强度、减小靶表面的粗糙度和提高激光辐照的匀滑度等方式来抑制不稳定性增长.     

直接驱动球内爆点火的数值模拟

 实现中心点火的基本条件是在内爆中心形成面密度0.3 g/cm²，温度10 keV的点火热斑。减速阶段流体不稳定性的增长，会破坏对称压缩，减小热斑体积，直接破坏点火热斑的形成，对点火构成威胁。在原有LARED-S程序的基础上，加入热核反应和α粒子加热过程程序模块，对直接驱动ICF球内爆过程进行数值模拟研究，1维模拟结果与NIF直接驱动点火靶的设计基本相符，显示α粒子加热对边缘点火起重要作用；2维模拟表明减速阶段流体不稳定性对点火有重要影响。     

X射线点投影技术在高能量密度物理相关实验中的应用

利用激光驱动4.8 keV左右的Ti等离子体X射线源作为背光,通过静态成像实验研究了针孔辅助点投影诊断方法及其特点。进行了点投影技术动态诊断应用探索,建立了光子能量约4.8 keV、时间分辨力约100 ps、空间分辨约10μm的动态诊断实验平台。并简要介绍了此诊断平台上开展的流体力学不稳定性研究、激光加速射流、材料预压缩特性研究等一系列实验结果。     

基于激光驱动等离子体X光源的X射线相衬成像

为了诊断惯性约束聚变(ICF)内爆靶丸球壳的多层信息,在神光Ⅱ激光器上对激光驱动等离子体X光源的相衬成像进行了研究。利用神光Ⅱ第9路激光驱动平面Ti靶获得X光源,在10μm的针孔约束下作为次级点光源对样品成像,用X光胶片记录。成功地将相衬成像技术应用于ICF实验,综合考虑成像放大倍数、分辨力、成像衬度和抑制烧蚀碎片等因素,选择合适的实验条件,成功获得了清晰的双层内爆靶丸球壳结构,空间分辨力优于10μm。     

超高压高精度激光状态方程实验测量

材料高压下的状态方程（EOS）在天体物理、材料科学和惯性约束聚变（ICF）等研究领域中都是十分重要的。2004年在“神光”-Ⅱ装置上进行了单路倍频激光直接驱动的Al-Cu阻抗匹配靶实验和Cu-Al阻抗反匹配实验，目的是提高冲击波速度的测量精度和准确性，同时校验测量方法的实用性和可靠性。     

烧蚀引起R－T不稳定性实验条件的初步研究

激光和辐射烧蚀引起的Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ（Ｒ－Ｔ）不稳定性是激光聚变的重要研究课题，本文讨论了Ｒ－Ｔ不稳定性实验的有关要求，在考虑烧蚀致稳的情况下，对特定的塑料薄膜靶用解析公式计算了Ｒ－Ｔ不稳定性线性发展阶段的积分增长指数随扰动波长、驱动源强度和持续时间的变化。给出某些感兴趣的物理图象，提供的信息可供有关实验和靶设计参考。     

烧蚀引起R－T不稳定性实验条件的初步研究

激光和辐射烧蚀引起的Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ（Ｒ－Ｔ）不稳定性是激光聚变的重要研究课题，本文讨论了Ｒ－Ｔ不稳定性实验的有关要求，在考虑烧蚀致稳的情况下，对特定的塑料薄膜靶用解析公式计算了Ｒ－Ｔ不稳定性线性发展阶段的积分增长指数随扰动波长、驱动源强度和持续时间的变化。给出某些感兴趣的物理图象，提供的信息可供有关实验和靶设计参考。     

ICF流体力学不稳定性实验用柱状激波管的研制

在惯性约束聚变(ICF)实验中,点火靶丸表面(界面)的粗糙度和缺陷所产生的流体力学不稳定性是决定点火成功与否的关键因素之一,设计和研制流体力学不稳定性分解实验用靶是解决该问题的主要技术手段。结合国内外的研究现状和神光-Ⅱ激光装置的特点,设计并研制了一种新型柱状激波管。该靶型由三种介质组成,分别为调制聚苯乙烯(CH)圆片、柱状碳气凝胶(CRF)和CH微套管。调制CH圆片和柱状CRF通过微加工技术装配到CH微套管内,封装后形成柱状激波管。介绍了该靶型的设计原理和详细的制备工艺,并对相应的靶参数进行了测量。结果表明:柱状CRF气凝胶具有较好的成型性,长度、直径和密度分别为1000μm、730μm和250mg·cm-3;CH圆片的厚度和直径分别为15μm和730μm,表面调制图形的周期和峰谷差分别为100μm和4.3μm;实验得到的柱状激波管的轴向和径向最大装配误差分别为2μm和3μm。     

薄膜物理与制备技术

薄膜物理和制备是ICF物理实验制靶中的一项重要环节，随着ICF实验的深入，薄膜靶和薄膜靶零件作为一种重要的靶型，其需求呈现多样化、复杂化和精密化。探索各种薄膜靶的结构与性能、新的制备技术成为靶制备科学的重要研究内容。     

经典瑞利-泰勒不稳定性界面变形演化的改进型薄层模型

激光惯性约束聚变(ICF)内爆靶丸通常采用多壳层组合结构设计,各壳层界面的流体力学不稳定性影响内爆加速和聚变点火,是ICF十分关心的问题.本文建立了描述任意Atwood数、任意初始界面分布Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性界面变形及非线性演化的薄层模型.通过分析薄层中流体微团的受力,得到了运动微分方程组,并在二维情况进行数值求解.在线性阶段,薄层模型描述的界面演变规律与模拟结果符合很好;在非线性阶段,薄层模型可以描述至"蘑菇"形结构,与数值模拟的结果很接近.目前薄层的RT不稳定性非线性解析理论研究仅限于弱非线性阶段,本工作发展的薄层解析理论能很好地研究薄层非线性"气泡-尖钉"发展过程.     

基于神光Ⅲ原型装置的激光加载条件下准等熵压缩实验研究进展

激光加载条件下的准等熵压缩实验逐渐受到重视.在间接驱动方式下,利用气库靶的方式可以获得准等熵压缩的实验数据.自由面速度和界面速度是两种常用的准等熵压缩诊断对象.气库靶驱动准等熵压缩方式效率较低,但是对打靶激光的强度变化不敏感.长脉冲打靶的直接驱动方式驱动效率较高,但对激光强度变化非常敏感.基于神光Ⅲ原型装置,本文介绍了气库靶驱动的准等熵压缩实验靶型、部分实验结果,并分析了实验中的关键技术,为气库靶驱动准等熵压缩实验技术提供了思路.同时,介绍了长脉冲直接驱动准等熵压缩实验的靶型、典型实验结果,并分析了致盲效应的影响.利用激光直接驱动的方式,获得了三台阶Al/LiF界面的加载过程.该数据是目前国内使用该技术获得的最好数据.通过这些实验结果,证明了在神光Ⅲ原型上开展准等熵压缩实验的可行性.     

视角因子方法在间接驱动ICF中的应用

采用视角因子方法,对间接驱动惯性约束聚变(ICF)过程中从腔内壁辐射到靶丸表面的辐射进行了计算,并分析了激光原型装置上的一个实验的对称性环境。间接驱动ICF系统的不对称性一般来自于激光焦斑和腔体的几何结构,利用视角因子方法,计算X光能量在腔体内的强度分布,将靶丸表面的驱动对称性表示成腔体结构和激光焦斑几何参数的函数。结果表明,采用该方法的程序模拟能够评估腔靶设计的主要参数。     

激光惯性约束聚变靶技术现状及其发展趋势北大核心CSCD

靶是激光惯性约束聚变(ICF)研究的物质基础,其质量的好坏对物理实验结果有极其重要的影响。靶本身的特点决定了制靶是一项极其复杂且特色鲜明的系统工程。主要介绍了国内ICF靶制备技术的现状,并对存在的问题及今后一段时期内的发展趋势作了简要说明。     

ICF靶丸氘氚总量非破坏性荧光测量法

 介绍了惯性约束聚变（ICF）研究中，氘氚（DT）气体燃料靶丸中的氚总量监测新方法—可见光荧光法。该方法是一种非破坏性测量技术，不但适用于直接驱动的内爆靶丸，而且也适用于间接驱动方式下的各种空腔靶现场监测。给出了1992年“神光”装置内爆靶丸的现场监测结果，并给出了该方法用于绝对测量时需考虑的因素以及刻度因子，特别是讨论了未来发展高灵敏度荧光底片或探测器的必要性。     

全氘代对二乙烯基苯泡沫的制备

全氘代聚合物泡沫作为一种特殊的低密度、微孔聚合物泡沫，在激光惯性约束聚变（ICF）研究中除了直接用于ICF靶材料，以增加单位靶中热核燃料的密度外，还可用在冷冻靶中以提高液体氘氚的浸润性及分布的均匀性，减小瑞利一泰勒界面不稳定性，以加强中子和分光镜的测量，研究和诊断内爆物理实验等。     

激光聚变内爆流体不稳定性基础问题研究进展

激光聚变有望一劳永逸地解决人类的能源问题,因而受到国际社会的普遍重视,一直是国际研究的前沿热点。目前实现激光惯性约束聚变所面临的最大科学障碍（属于内禀困难）是对内爆过程中高能量密度流体力学不稳定性引起的非线性流动的有效控制,对其研究涵盖高能量密度物理、等离子体物理、流体力学、计算科学、强冲击物理和高压原子物理等多个学科,同时还要具备大规模多物理多尺度多介质流动的数值模拟能力和高功率大型激光装置等研究条件。作为新兴研究课题,高能量密度非线性流动问题充满了各种新奇的现象亟待探索。此外,流体力学不稳定性及其引起的湍流混合,还是天体物理现象（如星系碰撞与合并、恒星演化、原始恒星的形成以及超新星爆炸）中的重要过程,涉及天体物理的一些核心研究内容。本文首先综述了高能量密度非线性流动研究的现状和进展,梳理了其中的挑战和机遇。然后介绍了传统中心点火激光聚变内爆过程发生的主要流体力学不稳定性,在大量分解和综合物理研究基础上,凝练出了目前制约美国国家点火装置（NIF）内爆性能的主要流体不稳定性问题。接下来,总结了国外激光聚变流体不稳定性实验物理的研究概况。最后,展示了内爆物理团队近些年在激光聚变内爆流体不稳定性基础性问题方面的主要研究进展。该团队一直从事激光聚变内爆非线性流动研究与控制,以及聚变靶物理研究与设计,注重理论探索和实验研究相结合,近年来在内爆重要流体力学不稳定性问题的解析理论、数值模拟和激光装置实验设计与数据分析等方面取得了一系列重要成果,有力地推动了该研究方向在国内的发展。