激光聚变靶设计中参数不确定性指标的线性近似法

激光聚变的点火对实验、器件、制靶及诊断等各方面的控制能力都有很高的要求。随着实验逐步趋近点火设计, 实验的精密化要求也逐步提高。精密化实验要求靶设计不仅给出激光能量、靶尺寸、气压等参数, 还需要给出这些关键参数的不确定性指标要求。因此, 获得这些不确定性指标也成为靶设计的主要内容之一。针对如何在实验设计中更为方便有效地获得参数的不确定性指标问题, 通过理论结合数值模拟研究给出了一种基于线性近似的方法。这一方法综合考虑各种关键参数变化对实验结果的影响, 平衡器件、制靶等对各种参数的控制能力, 来获得参数的不确定性指标。以一个气体靶设计为例, 通过数值模拟来展示这种方法的使用。结果表明, 这一方法可以在显著降低工作量的情况下有效地获得实验设计的参数不确定性指标。     

高强度激光与等离子体相互作用中的受激Raman级联散射、光子凝聚以及大振幅电磁孤立子的产生与加速

应用一维相对论电磁粒子模拟程序，详细研究了线性极化强激光入射到无碰撞稀疏密度长等离子体中引起的受激Raman散射、Raman级联散射、级联散射到光子凝聚、以及大振幅电磁孤立子的产生与加速. 通过研究发现：在适当的激光振幅和等离子体状态下，强的光子凝聚现象会导致大振幅电磁孤立子的产生，电磁孤立子可以以静止、向后以及向前加速的形式存在；在密度均匀的等离子体中，电磁孤立子的加速不仅依赖于激光振幅而且依赖于等离子体的长度；电磁孤立子的电磁频率大约为未扰动电子等离子体振荡频率的二分之一左右，孤立子内电磁场的电场具有半周期结构，相应电磁场的磁场以及静电场则具有一个完整的周期结构. 关键词： 粒子模拟 受激Raman散射 Raman级联散射 光子凝聚 电磁孤立子     

基于等离子体粒子模拟的喷气Z箍缩过程物理研究

给出了喷气Z箍缩动力学过程在二维柱坐标系下的等离子体粒子模拟物理模型,编写了相应的程序.对低电流驱动下的稀薄喷气Z箍缩动力学过程进行了验证性的等离子体粒子模拟,得到了许多微观的Z箍缩物理信息,如负载中的电流(密度)、电磁场、粒子位置和密度的时空演化,以及总的z箍缩拖尾质量和拖尾电流等信息.发现在Z箍缩过程中,模拟得到的等离子体电流随时间的变化反映出了等离子体箍缩到心和反弹的过程特征,磁场随径向的变化与长直导线电流给出的磁场很接近;电子所受到的电场力和磁场力(洛伦兹力)是相当的,而离子所受到的力主要是电场力;电子首先在z方向加速,然后在自身运动产生电流的磁场的作用下向轴心箍缩,而离子是在电子和离子电荷分离所产生的电场力的作用下向轴心运动;在压缩到轴心附近时,电子首先因静电排斥而飞散,而离子则在惯性的作用下继续向轴心箍缩,而后滞止飞散.Z箍缩等离子体的拖尾质量在20%左右,拖尾电流最大时在7%左右.     

强激光与等离子体相互作用中受激陷俘电子声波散射及相空间离子涡旋的形成

应用一维相对论电磁粒子模拟程序，研究了线性极化强激光入射到无碰撞密度均匀的次临界密度等离子体中所引起的受激陷俘电子声波散射不稳定性过程.不稳定性的早期行为与是否考虑离子动力学效应无关.当考虑离子动力学效应之后会激发一个随时间增长的离子声波，并且最终由于大振幅电磁孤立子的产生而中断.由于电磁孤立子内的静电场与电磁场所产生的离子加速与俘获效应，导致一个离子涡旋在离子相空间中形成；当电磁孤立子向后加速过程中，若干个离子涡旋结构随之形成.研究发现，离子涡旋结构同样存在于密度不均匀的次临界密度等离子体中.从拓扑的观 关键词： 粒子模拟 受激陷俘电子声波散射 电磁孤立子 离子涡旋     

氘核与聚变中子耦合输运方法及应用

对加速器驱动中子发生器的数值模拟包括离子输运、聚变反应、中子输运等。由于核反应截面远低于带电粒子输运的库仑截面,且核反应平均自由程远大于靶厚度,直接蒙卡抽样难以抽到聚变反应。在MCNPX程序基础上,采用“强迫”聚变方法,即每个入射氘核必发生一次聚变反应,聚变反应处氘核的真实状态(位置、能量和方向)以抽样产生,并以此状态来确定聚变中子的出射状态,实现了氘核与聚变中子的耦合输运模拟计算。研究结果表明,该方法能够给出氘核输运对聚变中子能谱和角分布的影响,中子产额计算结果符合预期。     

多尺度等离子体动力学数值模拟中最初的无方程投影积分技术

发展一种针对等离子体多尺度问题的"最初的无方程投影积分(p-EFPI)"方法并成功应用于离子声波的模拟.该方法包括时间推进和时间投影两部分.电子速度通过概率分布函数或累积分布函数投影外推,电子位置坐标则通过投影外推的电子电荷密度重新调出;与电子相比,假设粗糙的离子运动可以很好地描述宏观尺度等离子体的演化行为,通过追踪和投影外推每个离子轨道保持全部离子运动学效应.尝试和检验p-EFPI方法在模拟等离子体物理现象中的应用.以离子声波为范例,数值计算表明:在离子相空间出现离子捕获效应前,p-EFPI模拟能够很好地再现PIC的结果,在离子捕获发生后,p-EFPI模拟仍然可以抓住除了离子捕获特征之外的其它主要物理特征.     

Analytical studies on the evolution processes of rarefied deuterium plasma shell Z-pinch by PIC and MHD simulations

In this paper, we analytically explore the magnetic field and mass density evolutions obtained in particle-in-cell(PIC)and magnetohydrodynamics(MHD) simulations of a rarefied deuterium shell Z-pinch and compare those results, and also we study the effects of artificially increased Spitzer resistivity on the magnetic field evolution and Z-pinch dynamic process in the MHD simulation. There are significant differences between the profiles of mass density in the PIC and MHD simulations before 45 ns of the Z-pinch in this study. However, after the shock formation in the PIC simulation,the mass density profile is similar to that in the MHD simulation in the case of using multiplier 2 to modify the Spitzer resistivity. Compared with the magnetic field profiles of the PIC simulation of the shell, the magnetic field diffusion has still not been sufficiently revealed in the MHD simulation even though their convergence ratios become the same by using larger multipliers in the resistivity. The MHD simulation results suggest that the magnetic field diffusion is greatly enhanced by increasing the Spitzer resistivity used, which, however, causes the implosion characteristic to change from shock compression to weak shock, even shockless evolution, and expedites the expansion of the shell. Too large a multiplier is not suggested to be used to modify the resistivity in some Z-pinch applications, such as the Z-pinch driven inertial confinement fusion(ICF) in a dynamic hohlraum. Two-fluid or Hall MHD model, even the PIC/fluid hybrid simulation would be considered as a suitable physical model when there exist the plasma regions with very low density in the simulated domain.     

速度分群情况下氘氚热核反应率的模拟与分析

研究两种原子核粒子参与反应的热核聚变,假定一种原子核粒子处于热动平衡状态,对另一种原子核粒子速度分布进行分群,推导分群热核反应率以及平均热核反应率,编制相应计算程序;以氘氚热核聚变反应为例计算分群热核反应率和相应的平均热核反应率,并与直接积分结果进行对比;同时,细致研究平均热核反应率与速度分群数目的关系.     

Large amplitude electromagnetic solitons in intense laser plasma interaction

This paper shows that the standing, backward- and forward-accelerated large amplitude relativistic electromagnetic solitons induced by intense laser pulse in long underdense collisionless homogeneous plasmas can be observed by particle simulations. In addition to the inhomogeneity of the plasma density, the acceleration of the solitons also depends upon not only the laser amplitude but also the plasma length. The electromagnetic frequency of the solitons is between about half and one of the unperturbed electron plasma frequency. The electrostatic field inside the soliton has a one-cycle structure in space, while the transverse electric and magnetic fields have half-cycle and one-cycle structure respectively. Analytical estimates for the existence of the solitons and their electromagnetic frequencies qualitatively coincide with our simulation results.