光斑位置对靶丸辐照不均匀度时间行为的影响

 从数值模拟和定性分析两个方面研究了腔靶内光斑位置对靶丸辐照不均匀度随时间变化规律的影响。结果表明，光斑相对于靶丸的极点和赤道点的几何因子随其位置的变化规律不同。根据它们大小的比较，靶丸辐照不均匀度随时间变化的趋势可分为三种类型，分别对应于光斑处于三个不同区域。定性分析与数值模拟给出一致的结果。     

神光-Ⅲ主机内爆柱腔靶长径比对靶丸辐照不均匀度的影响

 讨论了神光-Ⅲ主机内爆柱腔靶长径比（腔长与直径之比）对靶丸辐照不均匀度的影响。根据神光-Ⅲ主机设计参数,计算了黑腔内侧激光光斑参数。利用视角因子方法,分析了一个简化的双锥环辐照模型下靶丸表面辐照不均匀度随黑腔长径比的变化,讨论了腔壁反照率、内外环激光功率比和光斑移动等因素对最佳长径比和不均匀度的影响。计算表明,合理选择长径比能使靶丸表面辐照不均匀度小于1%,最佳长径比与NIF点火黑腔设计值基本相符。     

神光-Ⅲ主机内爆柱腔靶长径比对靶丸辐照不均匀度的影响北大核心CSCD

讨论了神光-Ⅲ主机内爆柱腔靶长径比(腔长与直径之比)对靶丸辐照不均匀度的影响。根据神光-Ⅲ主机设计参数,计算了黑腔内侧激光光斑参数。利用视角因子方法,分析了一个简化的双锥环辐照模型下靶丸表面辐照不均匀度随黑腔长径比的变化,讨论了腔壁反照率、内外环激光功率比和光斑移动等因素对最佳长径比和不均匀度的影响。计算表明,合理选择长径比能使靶丸表面辐照不均匀度小于1%,最佳长径比与NIF点火黑腔设计值基本相符。     

双带X光源照射下几何因子对柱形靶腔中靶丸辐照不均匀度的影响

讨论了在激光束作用下双端开口的柱形靶腔中产生双带状Ｘ光源的情况下，诸如带状光源的位置、柱靶腔的半径与长度之比及双带源的对称性和能量匹配性等几何因子对辐照不均匀度的影响。对辐照不均匀度进行了谱分析。通过采用类似Ｔｓａｋｉｒｉｓ等人给出的柱形靶腔在双带Ｘ光源下的靶腔温度空间分布，可以大大地简化辐照不均匀度的分析，可以用来计算辐照不均匀度随时间的变化。计算表明几何因子对辐照不均匀度有很大的影响。     

引入守恒格式的自相似解进行ICF辐射驱动时变对称性分析

引入守恒格式的自相似解计算黑腔X射线能流时空分布,通过视角因子方法计算靶丸表面入射能流分布,从而进行惯性约束聚变辐射驱动时变对称性分析。分析了光斑运动、激光脉冲波形及靶丸装配偏差对靶丸辐照均匀性的影响。以二阶分量时间积分值为优化目标,最佳腔长计算值与内爆对称性调节实验结果相符,内爆腔靶组合参数扫描得到的最佳长径比与NIF目前实验值相当,模型有效性得到验证。     

基于光束参量优化实现直接驱动靶丸均匀辐照

在直接驱动惯性约束聚变中,实现靶丸均匀辐照对靶丸压缩特性至关重要,通常要求靶丸表面辐照不均匀度小于1%.现有很多优化高功率激光装置均匀辐照性能的光束排布方案,但受到实际入射光束参量的限制,系统均匀辐照性能难以实现最优化.由于初始辐照不均匀度对靶丸对称压缩特性至关重要,为进一步提高靶丸初始辐照的均匀性,并增加系统对打靶过程中由于靶丸直径变化引起的辐照不均匀的宽容度,从而实现靶丸的中心对称压缩,本文对靶丸表面光束的辐照不均匀度进行了数学分析,并研究了不同入射光束参量下的单光束因子项及其对靶丸均匀辐照的影响.结果表明:对于已知的光束排布结构,存在最优的入射光束参量,使辐照均匀度最高.证明了通过优化入射光束参量提高系统均匀辐照性能的可行性.此外,研究表明单光束因子项与几何因子项存在一定的匹配关系,可通过分析几何因子项的特征,求取与之匹配的单光束因子项,进而获得最优的入射光束参量.本工作为直接驱动靶丸均匀辐照系统的设计和优化提供了一种有效的方法.     

提高腔靶激光能量注入率的新途径

 在“星光Ⅱ”上测量了入射孔边缘镀CH膜的孔靶激光能量注入率,给出了注入率随入射激光能量和波长变化的经验公式,同时对堵口现象物理机理进行了一维数值模拟。实验结果表明:镀CH膜是增加激光能量注入率、提高腔靶辐射温度的有效方法。     

激光间接驱动聚变柱菜腔靶内壁光斑参数计算

用几何光学计算了柱形腔壁上的激光光斑参数，包括光斑的位置、形状、大小以及光斑内的光强分布，同时还计算了在激光注入孔的光斑参数，这对分析靶丸的初始辐射均匀性、确定腔壁上的辐照强度大小民能否将激光有效地注入腔内都是非常重要的。     

腔平面靶辐射温度和辐射不均匀度计算

 提出了一种双温度区(光斑区和腔壁区) 模型, 这种模型可以在满足能量平衡方程的同时提供一种估算辐照不均匀度各阶球谐展开的简单有效的方法。这种方法用于分析平面靶放置在腔壁侧面中段的腔靶辐照不均匀度的各阶球谐展开。计算表明, 在各阶不均匀度中以l=4,m=2的均匀度最大。由光斑分布带来的不均匀度是产生平板辐照不均匀度的主要原因。     

激光间接驱动聚变柱形腔靶内壁光斑参数计算

 用几何光学计算了柱形腔壁上的激光光斑参数, 包括光斑的位置、形状、大小以及光斑内的光强分布, 同时还计算了在激光注入孔的光斑参数, 这对分析靶丸的初始辐射均匀性、确定腔壁上的辐照强度大小和判断能否将激光有效地注入腔内都是非常重要的。     

热效应对克尔自锁模激光腔的影响

讨论了克尔透镜锁模激光腔中热效应对锁模的影响，用数值解法给出了存在热效应时腔中光斑半径随归一化功率的变化曲线。同时给出了存在热效应时光斑半径对归一化功率的相对敏感度参数。     

连续激光辐照锗材料损伤的数值模拟研究

 以热传导理论和热弹应力理论为基础,建立了连续平顶激光辐照锗材料的二维非稳态物理模型。对受辐照锗材料的热-力场分布进行数值模拟,比较了激光辐照时间对靶材热-力场分布的影响,探讨了温度场及应力场空间梯度随半径的分布以及激光辐照时间对热-力场空间梯度的影响。计算结果表明,靶材中心温升效应最大,而应力最大值出现在光斑半径外侧;光斑边缘处温度场和应力场梯度绝对值均达到最大,随着辐照时间的延长,材料同一点温度场和应力场梯度均增大。在给定条件下,计算了靶材的损伤时间,应力损伤域值最先达到。     

激光等离子体堵口效应的理论模拟

采用较为简化的理论模型,根据离子运动方程的自相似解,模拟了激光辐照腔靶时产生的妨碍能量继续注入的堵口效应,获得了注入腔靶的能量份额随小孔初始半径及激光参数的变化曲线。理论与实验结果相符。     

再发射技术测量SGⅡ黑腔靶早期对称性

利用再发射技术能够有效测量早期辐射驱动对称性。2011年在神光Ⅱ激光装置上,采用Bi替代靶,通过改变靶丸的支撑方式和优化探测器配置,利用分幅相机获得较高信噪比的Bi球表面再发射图像。利用实验结果获得了入射流不对称性P2分量随时间的变化,对比两种腔长的黑腔,P2分量随时间的变化存在明显差别。两种腔P2分量随时间的变化趋势与采用视角因子模拟的结果基本一致。     

同步三通道激光告警光学系统有效孔径的确定及截获能量的估算

为了确定一种同步三通道激光告警光学系统的有效孔径并估算截获能量,建立了激光辐照远场传输模型,仿真研究了远场光斑半径、单通道入瞳半径和通道间相对能量差之间的数值关系.仿真结果表明:各通道之间最大相对能量差与远场光斑中心能量密度的大小无关,在激光远场光斑边沿处各通道之间的相对能量差最大;最大相对能量差限定时,远场光斑半径越大,允许的单通道入瞳半径也越大,但相应系统截获的脉冲能量或脉冲功率却相对减小;最大能量差限定为1%,远场光斑半径分别为2.5 m,4.0 m和7.5 m时,允许的最大单通道入瞳半径分别为3 mm, 5 mm和10 mm,相应系统截获的最大脉冲能量为1.14×10-5 J,7.54×10-6 J和2.68×10-6 J,最大脉冲功率为1.63 W, 1.08 W和0.38 W.     

激光腔靶辐射时间特性研究

介绍了激光加热腔靶辐射时间特性研究。实验采用滤长为１．０５３μｍ，能量为３０－７５０Ｊ，脉宽为６００－１１００ｐｓ的高斯型激光脉冲，辐照柱型腔靶，用两台具有一定和时间分辨的亚千Ｘ射线能谱仪，分别观察激光入射口和Ｘ光输运口的辐射时间特性，实验结果给出了腔靶源区发射Ｘ光时间过程及其与发射口面积，形状，发射能区等的关系。     

黑腔端置靶辐照不均匀性分析

提供一种解析方法来研究激光加热黑腔所产生的平面辐射场的不均匀度与平面靶大小和位置的关系,解析结果与数值模拟结果进行了比较,两者的曲线形状基本一致,辐照不均匀度最小值的位置也是一致的。并用此方法给出了能产生有最小辐照不均匀度的平面辐射场的腔靶尺寸的范围。     

基于简单透镜列阵的可调焦激光均匀辐照光学系统研究

本文对基于简单透镜列阵的大口径激光均匀辐照光学系统的调焦能力进行了研究, 结果表明, 改变透镜列阵与靶镜之间的距离即可方便地改变靶面上光斑的大小. 文中详细分析了相关参数对调焦能力的影响, 并在此基础上设计出一个实用的光学系统. 用数值方法模拟了激光束通过光学系统后的传输, 发现尺寸不同的靶面光斑具有基本一致的强度结构特征. 定量地分析了光斑内部散斑间隔、调制对比度、顶部不均匀度及能量集中度等描述光斑均匀辐照质量的指标, 并研究了它们随靶面离焦量的变化关系.     

靶丸变形实验的多群扩散整体数值模拟

神光Ⅱ装置上靶丸压缩实验中,黑腔长度的变化会影响靶丸赤道和两极受到的辐照强度,从而导致燃料区被压缩成不同的形状。介绍了辐射多群扩散建模下的辐射流体力学方程组及其数值方法。采用最近研制的二维总体LARED集成程序,对神光Ⅱ不同长度黑腔靶丸压缩变形实验进行了整体数值模拟。结果表明辐射多群扩散建模可以反映腔内辐照均匀性变化情况,靶丸压缩形状与神光Ⅱ实验定性一致。     

通过理论定标律研究激光间接驱动的参数空间

系统地梳理了激光间接驱动点火靶内爆压缩的物理过程,使用理论方法和一维流体力学模拟给出了靶丸内爆过程中的关键定标律公式。通过这些定标律公式获得了在给定黑腔辐射温度、飞行熵增因子、整形速度和烧蚀材料的条件下,靶丸装量——半径参数空间的点火岛区域。研究了靶丸性能参数随辐射温度、飞行熵增因子等的变化规律:当靶丸所处黑腔辐射温度升高时,内爆的稳定性将变好;设计上在靶丸装量不变的条件下,靶丸半径需要减小。当靶丸的飞行熵增因子增大时,内爆增益略微减小,内爆稳定性变好;但是点火阈值因子减小导致点火岛的区域变窄。当靶丸的整形速度增大时,点火岛的区域略微变大,内爆稳定性变化不显著;设计上在靶丸装量不变的条件下,需要增大靶丸半径,这会导致靶丸壳层形状因子变大。当改变靶丸烧蚀材料,提高质量烧蚀速率与烧蚀压时,能量增益变大且稳定性增强;设计上在靶丸装量不变的条件下,需要减小靶丸半径。