激光烧蚀瑞利泰勒不稳定性数值研究

 介绍了激光烧蚀流体不稳定性计算程序EUL3D,其计算结果与Takabe 公式、FAST2D程序和LASNEX程序的结果以及日本大阪大学激光烧蚀瑞利—泰勒(RT)不稳定性实验,都较好符合,发现了横向电子热传导烧蚀在长波长扰动的非线性瑞利—泰勒不稳定性演变中起重要作用。在合理近似下,得到了烧蚀RT不稳定性线性增长率的预热致稳公式,此公式除包含了烧蚀对流致稳和密度梯度致稳因素外,还包含了Atwood数变小致稳因素,因此与各种情况的二维计算值都很好符合。     

激光烧蚀RT不稳定性线性增长率和非线性行为的数值研究

 给出了不同情况下多种波长的烧蚀瑞利 泰勒不稳定性线性增长率的二维计算结果，并与Takabe公式和Sanz公式进行了比较，最后给出了单模激光烧蚀RTI非线性发展行为的数值结果。线性增长率的二维计算结果很好验证了Sanz公式，表明β值应是2，不是3。当烧蚀速度较大或烧蚀面较宽时，用Takabe公式估计的烧蚀RTI线性增长率与二维计算值明显不符。     

高温烧蚀初始印记及其瑞利-泰勒不稳定性发展的研究

直接驱动惯性约束聚变中,高温烧蚀初始印记在压缩过程的不稳定性发展中起着重要作用.利用X射线针孔辅助点投影成像法,研究了不同波形激光脉冲驱动下CH平面靶及其瑞利-泰勒不稳定性发展的情况.结果表明,在相同驱动激光能量作用下,初始阶段激光强度越低,上升越缓慢,高温烧蚀初始印记引起的密度调制幅度越大.提高预脉冲强度能显著抑制高温烧蚀初始印记效应. 关键词： 高温烧蚀初始印记 激光脉冲形状 瑞利-泰勒不稳定性 针孔辅助点投影     

平面调制靶瑞利-泰勒不稳定性初步研究

 瑞利-泰勒不稳定性增长的准确估计是激光聚变的重要研究课题。在神光Ⅱ装置上，利用面向背光照相技术对正弦调制平面靶的瑞利-泰勒不稳定性增长进行了实验研究，得到了清晰的时空分辨图像；采用傅里叶变换取基模法和求波峰波谷差值法分析了实验结果；两种方法得到的靶扰动增长因子相同。实验中平面靶扰动增长较小可能是密度梯度致稳和烧蚀致稳抑制了扰动增长，也可能是扰动进入了非线性阶段而使增长不大。     

双模瑞利-泰勒不稳定性的预热烧蚀效应研究

针对双模扰动下的烧蚀瑞利-泰勒不稳定性增长问题,采用高精度的数值计算方法,研究了不同预热程度下模耦合产生的多个高次谐波幅值的发展和演化问题。研究表明,三种预热烧蚀条件下,当扰动基模满足长波与短波耦合方式时,谐波中的长波模态占主导,而短波模发展明显受到抑制;当满足短波与短波耦合时,耦合结果带来了许多新的增长较快的长波模态,此时短波模增长呈现小幅震荡形式。比较两种耦合方式可以发现,长波结构在烧蚀瑞利-泰勒不稳定性弱非线性阶段都占主导地位,尤其是短波与短波耦合中气泡与尖钉表现出不同于两个基模的长波模结构。进一步分析预热效应对模耦合增长的影响,发现预热程度越强就越能削弱耦合谐波的增长,这说明预热对烧蚀瑞利-泰勒不稳定性具有致稳作用,这对惯性约束聚变工程中控制烧蚀瑞利-泰勒不稳定性发展具有重要意义。     

丝阵Z箍缩X射线辐射机制数值分析

基于简化模型编写了结构简单、运行高效的Z箍缩计算程序,并已应用于阳加速器上开展的Z箍缩物理研究。在阳加速器和PTS的参数范围内进行了数值计算,结果表明:对于质量较轻的负载,激波加热是产生辐射的主要原因;对于质量较重的负载,辐射由激波加热和绝热压缩共同主导。激波加热功率与绝热压缩功率之比随丝阵质量增大而减小。烧蚀产生的先驱质量减弱激波加热,对峰值功率的提高不利,但这部分质量能抑制磁瑞利-泰勒不稳定性。因此综合激波加热和磁瑞利-泰勒不稳定性两方面的考虑,应该存在一个最优的烧蚀率。     

靶参数对收缩几何瑞利-泰勒不稳定性诊断的影响

面向背光照相技术是诊断惯性约束聚变(ICF)中瑞利-泰勒(RT)不稳定性的重要方法,讨论了利用该技术对球形靶丸扰动幅度测量时由于收缩几何效应带来的影响。通过计算,分析了一个简化模型下扰动振幅的实际值和测量值,讨论了偏移距离、靶丸外半径、扰动波长和扰动振幅等因素对实验结果相对误差的影响。计算表明,合理选择这些参数能使诊断的系统误差小于3%,而且可通过计算模型对测量结果进行修正。研究结果可为即将开展的神光III激光装置上的收缩几何烧蚀RT不稳定性实验参数设计和结果分析提供依据。     

用高精度有限差分法模拟烧蚀瑞利-泰勒不稳定性

求解烧蚀面附近流场的定常解,并以此作为基本流实现用高精度的WENO格式对烧蚀瑞利-泰勒不稳定性的数值模拟.线性增长率与Lindl公式以及线性稳定性分析给出的结果相符合,证明该数值模拟方法的准确性与精度,该方法还具有较好的界面变形捕捉能力.     

烧蚀瑞利—泰勒不稳定性线性增长率的预执致稳公式

煤蚀瑞利－泰勒（ＲＴ）不稳定性增长的准确保计是惯性约束聚变（ＩＣＦ）的重要研究课题,增大低温电子热传导系数以考虑烧蚀面预热效应时,烧蚀面密度分布得到改善,烧蚀ＲＴ不稳定性线性增长率的二维计算值明显降低,与美国利旨莫尔实验室的实验值符合较好,考虑烧蚀面预热效应后,Ｌｉｎｄｌ公式ｒ＝√ｋｇ／１（１＋ｋＬ）－βｋＶａ与二维计算值有较大偏差,在分析研究发生偏差原因的过程中,发现了预热情总的Ａｔｗｏｏｄ数变     

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。     

二维不可压流体瑞利-泰勒不稳定性的非线性阈值公式

分析了二维情况下平面几何、柱几何和球几何中瑞利-泰勒不稳定性发生非线性偏离的阈值问题，给出了三种几何中密度扰动振幅的定义，以及与界面扰动振幅的关系.由此得到了三种几何中密度扰动的非线性阈值公式，用高精度流体程序对三种几何中的不稳定性进行了数值模拟，验证了得到的非线性阈值公式. 关键词： 瑞利-泰勒不稳定性 非线性阈值 密度振幅     

激光驱动飞片过程中激光烧蚀深度的计算

利用激光体烧蚀模型,数值模拟了激光驱动飞片的加速过程,包括激光的吸收和飞片的速度历史等。在光强为GW/cm2量级的激光作用下,激光烧蚀产生的等离子体的流体力学运动可用改编的1维La-grange流体力学计算程序SSS来描述。通过计算得到不同激光能量下的飞片密度剖面,由此给出金属薄膜的烧蚀深度与实验测量值进行比对,二者符合得较好。     

掺杂相对ZrB2陶瓷涂层抗激光烧蚀性能的影响

耐高温陶瓷作为高熔点材料,具有优异的高温抗烧蚀性能,有可能满足未来抗激光防护的需求。为摸清ZrB₂陶瓷涂层抗激光防护性能,采用高功率固体激光器作为测试光源,搭建了激光烧蚀实验平台和激光耦合特性测量系统,重点对ZrB₂陶瓷涂层开展了激光烧蚀实验和涂层反射率测试。实验研究了不同激光参数条件下ZrB₂涂层抗激光烧蚀性能,以及掺杂相(SiC、MoSi2)的影响。结果表明,相比于未掺杂ZrB₂涂层,掺杂后ZrB₂涂层抗激光烧蚀能力明显下降。分析认为掺杂相可提高ZrB₂涂层抗氧化性能,但不利于发挥氧化生成物ZrO2的高反射和隔热作用,致使抗激光损伤阈值降低。激光损伤前后涂层反射率的测试结果,也证实了ZrO2的高反射率是增强ZrB₂涂层抗激光损伤阈值的关键。同时,利用有限元软件建立了连续激光烧蚀下ZrB₂陶瓷涂层温度计算模型,并以基底发生熔化为判据,仿真得到了陶瓷涂层典型的抗激光烧蚀阈值参数。     

神光Ⅱ装置上间接驱动烧蚀瑞利-泰勒不稳定性实验分析

在神光Ⅱ激光装置上开展了一系列辐射烧蚀Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性实验。平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流,且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响。实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像。通过提高空间分辨率,实验获得了二次和三次谐波的增长数据,模拟结果与实验结果相符合。神光Ⅱ激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算。     

飞秒激光的波长对SiC材料烧蚀的影响

利用10倍的显微物镜将近红外飞秒激光脉冲汇聚到宽带隙半导体材料6H SiC的前表面,研究样品的烧蚀及诱导微细结构。用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)及光学显微镜测量烧蚀斑。利用烧蚀面积与激光脉冲能量的关系确定SiC的烧蚀阈值。给出了SiC样品的烧蚀阈值与飞秒激光波长的依赖关系。实验结果表明,可见光区随波长增加,烧蚀阈值从0.29J/cm2增加到0.67J/cm2;而在近红外区,SiC的烧蚀阈值为0.70J/cm2左右,基本上不随激光波长变化而改变。结合计算结果,可以认为在飞秒激光烧蚀SiC的过程中,在近红外区,光致电离和碰撞电离均起到了重要的作用;而在可见光区,光致电离的作用相对大一些。     

轴向剪切流对Z箍缩等离子体瑞利-泰勒不稳定性的抑制

利用理想磁流体力学模型对有轴向剪切流的Z箍缩等离子体不稳定性进行了分析。给出了可压缩模型的色散关系,分别对可压缩及不可压缩模型中轴向剪切流对Z箍缩等离子体瑞利-泰勒不稳定性的抑制作用进行了比较,讨论了可压缩性对含有轴向剪切流系统不稳定性的影响。结果表明,可压缩性能够减缓瑞利-泰勒P凯尔文-亥姆霍兹(RTPKH)模扰动的增长,因而使得轴向剪切流对系统不稳定性的抑制作用表现得更为突出。计算结果还说明,在RT不稳定性线性增长阶段,等离子体温度较低,使用可压缩模型能够更真实地描述系统的状态。     

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。     

影响激光诱导等离子体稳定性的因素研究

采用1064nm的激光对炉渣样品进行烧蚀,分析了影响炉渣中信号稳定性的一些因素。激光能量在小范围波动(±2%)对信号的稳定性影响很小,参考激光能量和光谱信号强度无明显关系。当激光频率降低至4Hz以下时,信号的相对标准偏差下降至10%左右。当激光聚焦位置位于样品表面下3mm时信号强度和稳定性最优。熔渣样品信号的稳定性高于粉渣样品,不同渣系的炉渣的稳定性也不相同。对于原子线,不同点烧蚀的稳定性远远优于单点烧蚀稳定性,而对于离子谱线,两种不同的烧蚀稳定性差别不大。     

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。     

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。