激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展

当前,激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下,实验与模拟的偏离逐渐增大,一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点,使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来,四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立,部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识,还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响,促进了实验技术的精密化发展。在未来,还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术,面向点火黑腔条件,大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度,开展新物理机制的探索和研究,在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。     

激光驱动气库材料实现准等熵压缩理论模型分析

激光驱动气库材料可用于实现准等熵压缩,为了预估样品靶前表面的峰值压力及分析样品靶前表面压力随时间变化曲线,建立了一个简化的理论模型用于描述这一物理过程。激光入射在气库材料上产生冲击波,冲击波到达气库材料背表面卸载使其成为等离子体,进而在真空中自由膨胀。在膨胀的过程中,等离子体密度、温度不断降低,并堆积在样品前端使样品表面的温度、压力缓慢上升,实现准等熵压缩。将气库材料近似为多方气体,对其进行分层处理,求解得到每一层等离子体自由膨胀的解析解,进而编写程序计算多层等离子体堆积在样品前端压力随时间变化曲线。与实验上获得样品自由面粒子速度后用背积分方法获得的样品前端压力随时间变化曲线进行对比,较为吻合,表明这种模型可以用于预估样品前端压力。     

激光驱动气库材料实现准等熵压缩理论模型分析

激光驱动气库材料可用于实现准等熵压缩,为了预估样品靶前表面的峰值压力及分析样品靶前表面压力随时间变化曲线,建立了一个简化的理论模型用于描述这一物理过程。激光入射在气库材料上产生冲击波,冲击波到达气库材料背表面卸载使其成为等离子体,进而在真空中自由膨胀。在膨胀的过程中,等离子体密度、温度不断降低,并堆积在样品前端使样品表面的温度、压力缓慢上升,实现准等熵压缩。将气库材料近似为多方气体,对其进行分层处理,求解得到每一层等离子体自由膨胀的解析解,进而编写程序计算多层等离子体堆积在样品前端压力随时间变化曲线。与实验上获得样品自由面粒子速度后用背积分方法获得的样品前端压力随时间变化曲线进行对比,较为吻合,表明这种模型可以用于预估样品前端压力。     

用于激光驱动质子束测量的腔式束流位置探测器模拟研究

根据激光驱动质子束流低发射度、短脉冲、单束团低电量的性质,研究腔式束流位置探测器(BPM)测量激光加速器产生的质子束团横向位置的可行性问题。针对质子束团的大横向分布和发散角问题,推导了其通过腔式BPM的输出信号,结果表明该信号与集中从束团对称中心、倾斜一定角度通过的束流产生的输出信号相同。依据上述原理,使用CST软件进行了腔式BPM的设计和仿真,确定了矩形谐振腔波导耦合的方案。讨论了该方案的腔式BPM对于激光加速束流的适用性和不同激光驱动质子束流参数的分辨率,并针对PW级激光加速系统进行了分辨率估算。     

理想气体一维不定常流自模拟运动的基本微分方程

将一维不定常流自模拟函数推广到一般形式，结合量纲理论和流体力学基本运动方程，导出总能量为常数情况下的理想气体一维不定常流自模拟运动基本微分方程组.该理论模型表明，由流体速率u和自模拟面速率r·〖DD)]组成一个无量纲特性参数L，用L作自变量时理想气体一维不定常流自模拟运动的规律具有常微分方程的最简数学形式.该模型克服了点爆炸Taylor自模拟温度函数原点附近趋于无穷大的问题，具有重要意义. 关键词： 理想气体 自模拟运动 Taylor模型     

激光惯性约束聚变研究中高时空诊断技术研究进展

对国内激光惯性约束聚变（ICF）领域高时空分辨技术的最新进展进行了比较全面的介绍。针对热斑诊断时间分辨优于10 ps、空间分辨优于10 μm、能区10～30 keV的需求,从光学、X射线、核诊断和计算成像几个角度,比较系统地介绍了最新的进展。光学领域主要介绍基于泵浦探测技术的全光扫描和全光分幅技术。全光扫描技术的时间分辨可以达到200 fs,全光分幅的时间分辨可以达到5 ps,空间分辨可以达到5 μm。该系统的主要部件为光学器件,在ICF未来的强电磁、强电离环境下有很好的应用前景。X射线系统主要介绍最近几年发展的高分辨KB显微镜,其采用STTS构型,可将空间分辨提高到3 μm,满足当前高分辨的需求。漂移管技术的时间分辨可以达到10 ps,作为一种正在发展的技术,对此进行了较为全面的分析。中子成像系统主要介绍了高空间分辨的记录系统以及对应的瞄准技术的进展,其空间分辨可以达到20～25 μm。计算成像作为一个全新的分支,最近引起了ICF领域的广泛关注。着重介绍了三维光场技术和在高时空分辨领域有很好应用前景的压缩感知超快成像（CUP）技术,对其可能在ICF领域中的应用提出了设想。     

化学反应和球面聚心爆轰波的相互作用

考察球面爆轰波聚心传播过程中,波阵面附近压力和温度不断升高引起化学反应进程的改变;对比氢氧可燃气体与氮气的数值模拟结果,分析化学反应对波面温度和压力的影响,从而考察Zeldovich理论预测聚心爆轰波后参数的精确性.数值结果表明,爆轰波聚心传播初期,放热的燃烧反应对波后热力学参数起主导作用;传播后期,波阵面趋近于对称中心时,吸热的气体解离反应变得非常活跃,解离反应对后期的汇聚压力影响不大,但会在很大程度上限制汇聚温度的升高.     

Understanding the importance of permanent and transitory shocks at business cycle horizons for the UK

The goal of this paper is to examine the relative importance of permanent and transitory shocks in explaining variations in macroeconomic aggregates for the UK at business cycle horizons. Using the common trend-common cycle restrictions, we estimate a variance decomposition of shocks, and find that over short horizons the bulk of the variations in income and consumption were due to permanent shocks while transitory shocks explain the bulk of the variations in investment. Our findings for income and consumption are consistent with real business cycle models which emphasize the role of aggregate supply shocks, while our findings for investment are consistent with the Keynesian school of thought, which emphasizes the role of aggregate demand shocks in explaining business cycles.     

Effect of the electronic chaotic motion on the fusion dynamics between hydrogen isotopes

We perform molecular dynamics simulations of screening by electrons in low energy nuclear reactions, especially between hydrogen isotopes. Quantum effects that corresponds to the Pauli and Heisenberg principle are enforced by constraints. We show that the enhancement of the average cross-section and of its variance is due to the perturbations induced by the electrons. This gives a correlation between the maximum amplitudes of the inter-nuclear oscillational motion and the enhancement factor. It suggests that the chaotic behaviour of the electronic motion affects the magnitude of the enhancement factor.     

实时运动结构重建在自主导航系统中的应用

实时运动结构重建是自主车辆、机器人导航、空间探测器自主降落、智能监控等领域中的重要研究课题。目前实时运动结构重建主要存在着特征匹配困难、鲁棒性差、系统无法自动获取初始参数和需要大量人工干预等诸多问题。利用高速CMOS摄像机与惯性传感数据融合提高了运动结构重建算法的精度及其鲁棒性。该算法在扩展卡尔曼滤波框架下是通过融合惯性与视觉传感器的数据来进行运动估计的。对场景中的每一个待估计结构的特征点建立对应的卡尔曼滤波器,以估计其空间三维结构信息。运动估计模块与结构估计模块交替运行,减小了系统运算的复杂度,提高了实时性能。通过对真实场景图像序列的实验验证结果表明,惯性传感器的额外信息能够有效地提高运动结构估计的精度,能够增强算法的鲁棒性。     

Dynamics of morphological changes for mitochondrial fission and fusion

Mitochondria experience continuous fusion and fission in a living cell, but their dynamics remains poorly quantified. Here a theoretical model was developed, upon a simplified population balance equation (PBE), to predict the morphological changes induced by mitochondrial fission and fusion. Assuming that both fission and fusion events are statistically independent, the survival probability of mitochondria staying in the fission or fusion state was formulated as an exponentially-decayed function with time, ...     

激光聚变气体靶核反应速率双峰现象

利用一维数值模拟分析解释了神光Ⅲ原型高中子产额内爆实验中核反应速率的双峰现象。双峰现象的出现是内爆中核反应区能量竞争的结果。在核反应期间反应区离子的增能机制主要是压缩做功,能量耗散机制主要是离子-电子的库仑碰撞。冲击波在DT燃料中的来回反射,使得核反应区的压缩做功出现强弱交替。压缩做功与库仑碰撞能耗的竞争导致反应区离子内能出现上下波动,使得核反应速率出现双峰现象。实验测量的核反应速率峰值时间与数值模拟结果相一致。     

激光聚变气体靶核反应速率双峰现象

利用一维数值模拟分析解释了神光Ⅲ原型高中子产额内爆实验中核反应速率的双峰现象。双峰现象的出现是内爆中核反应区能量竞争的结果。在核反应期间反应区离子的增能机制主要是压缩做功,能量耗散机制主要是离子-电子的库仑碰撞。冲击波在DT燃料中的来回反射,使得核反应区的压缩做功出现强弱交替。压缩做功与库仑碰撞能耗的竞争导致反应区离子内能出现上下波动,使得核反应速率出现双峰现象。实验测量的核反应速率峰值时间与数值模拟结果相一致。     

基于14 MeV中子的烧氚历史诊断模拟研究

针对直接测量16.7 MeV进行烧氚历史诊断所需聚变产额高的情况,模拟研究了利用14 MeV中子与副靶作用产生的非弹伽马进行烧氚历史诊断的情况,计算了几种材料14 MeV中子作用产生的次级伽马能谱以及切伦科夫辐射阈能之上的非弹伽马数目,对副靶材料和厚度进行了选择。计算了14 MeV中子产生的切伦科夫光子时间谱,分析了光电转换器件处伽马、电子以及正电子等噪声信号,分析了气体切伦科夫系统测量统计涨落与聚变中子产额之间的关系,确定了气体切伦科夫系统所适用的最低聚变中子产额,通过测量14 MeV中子与副靶产生的非弹伽马进行烧氚历史诊断较直接测量16.7 MeV伽马可将测量所需聚变中子产额降低2个量级。     

聚变反应时间历程的双峰结构测量

利用新研制的聚变反应速率测量系统,在神光Ⅲ原型装置上测量了间接驱动时充DT气体的玻璃球壳内爆靶丸的聚变反应速率的时间历程,获得了DT中子产额约为1010时的聚变反应速率随时间的变化过程,发现了聚变中子发射在时间上的双峰结构。利用辐射流体程序对聚变中子在时间上的双峰结构进行了数值模拟,发现双峰结构分别由冲击压缩过程和惯性压缩过程产生,靶丸壳层厚度不同时产生的聚变中子发射双峰强度比变化可能是由靶丸的初始表面调制度不同所致。通过理论模拟与实验结果的对比,验证了中子聚变反应历程的双峰结构。     

A simple and efficient levitation technique for noncontact coating of inertial confinement fusion targets

A simple and very efficient gas jet levitation technique for levitating inertial confinement fusion (ICF) targets has been developed. A low velocity gas jet through diverging nozzle generates precisely controlled low Reynolds number flow pattern, capable of levitating polymer microballoons up to 2500 μm diameter. Different shaped diverging nozzle are investigated, satisfactory levitation is achieved with simple conical shapes. With this setup microballoon can be levitated for hours with excellent stability, continuous rotation and at the desired height (reproducible with in less than 100 μm). The height of stabilization depends upon cone angle of diverging nozzle and velocity of levitating gas. This technique is very robust and highly insensitive to external disturbances like nonuniform temperature fields and vibrations. This setup is very economical to fabricate, easy to operate and can be used efficiently in various spray coating application involving plastic and metallic layers on microballoons.     

真空环境下激光烧蚀铝靶冲量耦合系数的数值模拟

通过分析不同情况下激光与固态靶、气化物质的作用机理,利用激光体烧蚀模型,采用流体力学理论和1维Lagrange有限差分的计算方法,对真空条件下不同激光参数下气化物质对靶产生冲量的过程进行了数值模拟,模拟计算结果与实验测量结果、Phipps定标关系符合较好。计算结果表明,在等离子体的情况下冲量耦合系数随着激光强度增大而减小。     

Muon-catalyzed fusion in deuterium at 3 K

Muon-catalyzed fusion in deuterium has traditionally been studied in gaseous and liquid targets. The TRIUMF solid hydrogen layer target system has been used to study the fusion reaction rates in the solid phase at a target temperature of 3 K. Both branches of the cycle were observed; neutrons by a liquid organic scintillator, and protons by a silicon detector located inside the target system. The effective molecular formation rate from the upper hyperfine state and the spin exchange rate have been measured, and information on the branching ratio parameters has been extracted.     

冷聚变的全原子论

早在1989年我首先就以原子分子物理和晶体物理为基础,提出了一个冷聚变机理的初步理论.按照此理论,在晶体中两个氘核可以实现冷聚变,产生超热和聚变产物~4He.在此理论提出后,我们在实验研究中观测到以Pd或Ti为阴极电解重水过程中产生的明显的超热效应与聚变产物~4He.这表明我们提出的理论预言是正确的.但在过去长时间里,仍有很多学者对冷聚变产生的机理一直很不理解.为了对冷聚变机理有一个更清楚的解释,使其易于被理解和接受,我们在过去的20年中进行了反复深入的理论与实验研究.经过进一步深入分析,我们发现晶体中的冷聚变实际上是两个氘原子以全原子状态相互作用而产生的.因此提出了冷聚变的全原子论,并在本文中详细阐述.按照此理论进行分析,发现我们还可以用冷聚变的办法,得到~3He产物.这是很重要的发现,因为我们可以在地面上人造出核能原料~3He,就不一定要跑到月球上面去开采~3He了.