二维三温能量方程的差分格式及平面靶数值模拟

通过统一二维直角坐标与柱坐标下三温能量方程的差分格式,实现了LARED-H(laser radiationelectron dynamic holehurm)程序既可以模拟正入射激光平面靶过程,也可模拟斜入射平面靶问题,从而扩展了LARED-H程序的功能.使用发展后的LARED-H程序进行了直角坐标系下线聚焦打靶耦合过程数值模拟,给出了不同入射角度下靶等离子体的膨胀过程.     

LARED-H程序的激光黑腔靶耦合数值模拟

LARED-H程序是一个可用于激光黑腔靶耦合数值模拟研究的二维辐射流体力学程序。黑腔等离子体所形成的复杂流场使单纯的拉格朗日网格在计算中产生严重扭曲，影响计算精度，并导致计算中断。拉氏加网格重分是计算激光黑腔靶耦合常用的算法。对LARED-H程序的积分网格重分方法在网格重构和物理量重映方面作了较大改进，并利用改进后的LARED-H程序模拟了“神光”-Ⅱ和“神光”-Ⅲ条件下的激光空腔靶耦合物理全过程。     

利用LARED-H后处理程序计算神光-Ⅱ黑腔辐射温度

编制了二维非平衡激光靶耦合程序LARED-H的后处理程序,利用LARED-H计算的黑腔内等离子体状态量,求解定态多群光子输运方程,算出到达激光入射口的辐射强度及等效辐射温度.计算结果与神光-Ⅱ黑腔实验测量结果进行了比较.     

主脉冲参数和入射条件变化对等离子体状态的影响

用一维非平衡辐射流体力学程序，计算和分析了主脉冲激光斜入射与预脉冲垂直入射耦合作用锗靶介质的等离子体状态和激光增益区。研究表明，主脉冲以４０°斜入射与其垂直入射相比，在相同靶面功率密度下，电子、离子温度、等离子体烧蚀深度下降约１０％。在相同的靶面总能量下，４０°斜入射电子温度下降约１５％～２０％。采用主激光斜入射时间延迟技术，这种下降差别还会更小，能量吸收效率会更高，激光增益区更大。     

主脉冲参数和入射条件变化对等离子体状态的影响

 用一维非平衡辐射流体力学程序,计算和分析了主脉冲激光斜入射与预脉冲垂直入射耦合作用锗靶介质的等离子体状态和激光增益区。研究表明,主脉冲以40°斜入射与其垂直入射相比,在相同靶面功率密度下,电子、离子温度、等离子体烧蚀深度下降约10%。在相同的靶面总能量下,40°斜入射电子温度下降约15%～20%。采用主激光斜入射时间延迟技术,这种下降差别还会更小,能量吸收效率会更高,激光增益区更大。     

激光靶耦合问题的二阶精度重映算法研究

 任意拉格朗日欧拉方法被认为是解决2维流体力学大变形数值模拟的有效途径之一。以激光黑腔靶耦合问题为背景，结合质量流的物理意义，提出了一种二阶守恒物理量重映的算法，并利用1维激光靶耦合程序对方法及其可行性进行了考察，结合物理问题调整网格，用较少的网格得到了与较多网格拉氏计算同样的结果。为算法在2维LARED-H程序中的应用奠定了基础。     

任意形状金属腔体内电磁脉冲的三维计算

提出了模拟任意形状腔体中的内电磁脉冲的三维直角坐标系时域有限差分(FDTD)算法。该算法采用FDTD共形网格技术模拟任意形状腔体的边界,可以解决腔体内非对称的边界问题。推导了射线斜入射的差分方程,进行了三维数值计算,并采用直角坐标系FDTD算法和柱坐标系FDTD算法计算了射线斜入射圆柱腔体产生的内电磁脉冲,二者吻合很好,验证了直角坐标系FDTD算法正确性。     

斜入射激光驱动的冲击波在样品中传播特性的实验研究

在“神光-Ⅱ”高功率激光装置上，利用弯折靶、双台阶靶实验及通过对等离子体喷射状态的实验测量，研究了激光斜入射情况驱动的冲击波传播特性.结果表明，即使在大角度(约45°)斜入射的激光驱动下，靶材料中的冲击波依然是沿着靶面法线方向传播的，并能形成很好的一维正击波. 关键词： 斜入射 冲击波 弯折靶 双台阶靶 激光状态方程     

斜辐照激光等离子体辐射X光子特性

 在神光Ⅱ高功率激光装置上,实验研究了激光斜辐照形成的激光等离子体辐射X射线光子的特性及真空喷射热等离子体流的方向。采用针孔X射线相机测量了钕玻璃激光（基频1.053 μm）辐照铝靶形成的激光铝等离子体辐射的X射线光子的空间分布,并针对正入射和入射激光斜辐照情况下测得的X射线光子量及特性进行了分析和比较。结果发现：入射激光斜辐照固体平面靶产生的向真空喷射热等离子体流的方向是垂直靶面（即法线方向）;正入射和斜入射激光叠加驱动靶时,一定程度上能改善激光辐照的均匀性,但等离子体源辐射的X射线光子数并未发现显著地增加;当激光斜辐照与靶相互作用时,激光能量被等离子体吸收下降。     

小能量激光等离子体的受激Raman散射

研究了激光平面靶耦合时受激Raman散射(SRS)的时间分辨光谱-在小能量激光入射平面靶时，SRS主要受激光等离子体电子密度分布的影响-在激光靶耦合初期，等离子体电子密度呈指数分布，SRS因对流阈值较高而被抑制，耦合后期平面靶被烧穿后，等离子体电子密度呈高斯分布，SRS就在均匀密度处绝对增长起来-多种材料构成的靶以及成丝存在，加剧了等离子体电子密度平台的出现，也增加了SRS光的发射- 关键词：     

数值模拟辐射驱动2维内爆压缩过程

采用2维三温非平衡辐射流体力学程序LARED-H数值模拟辐射驱动内爆过程。针对2维三温能量方程九点差分格式离散后的线性方程组,采用了高效的Krysolv子空间迭代解法,改进了代数解法器。将1维间接驱动内爆总体程序CFJ与LARED-H程序的计算结果进行比对,验证了LARED-H程序数值模拟1维内爆问题的正确性。并数值模拟了不同腔长辐射温度源驱动下的2维靶球运动,数值结果显示:随着腔长的增加,高压缩内爆燃料区分别被压缩成香肠形、球形和铁饼形,数值模拟结果与神光Ⅱ的实验结果定性上相同。     

基于激光靶耦合问题的二阶精度重映算法

在现有二维激光靶耦合程序LARED-H中，用流体力学方程组描述等离子体的运动，流体计算以拉氏计算为主，经常由于网格的大变形导致数值计算提前终止。ALE方法是目前解决大变形问题中比较流行的方法，在二维空腔计算中，希望能在变形较大的地方采用欧拉区来解决大变形问题。高精度的重映算法是ALE算法中最重要的部分之一，本工作的目的就是研究适用于激光靶耦合问题的高精度重映算法。     

黑腔靶分解实验的新进展

1992年10月15日至12月25日,中国工程物理研究院激光聚变实验作业队在高功率激光物理联合实验室激光器仆运行人员的配合下,利用“神光-Ⅰ”装置,进行了一轮黑腔靶分解实验。 该次实验共找靶103发,其中,平面靶6发,正入射与斜入射扎靶6发,黑腔源区靶55发,X光输运现象研究靶(简称“输运靶”)22发,其它靶型14发。做平面靶实验是为了对测试探头进行动态考核和取得基准数据;做正入射或斜入射孔靶实验是为了给“神光—Ⅰ”装置提供正确的入射负数据;做源区靶实验是为了弄清黑腔靶     

强激光斜入射半腔靶能量注入率测量

 在星光II单束激光条件下,通过新的方法、用热释电能量卡计和scientech378能量卡计测量了1.053 μm激光45°斜入射半腔靶及孔靶激光能量注入率,并估计了斜入射条件下的等离子体堵口速度。实验结果表明：相同参数条件下半腔靶与孔靶相比,激光能量注入率减少约10%。     

靶结构对激光等离子体动量耦合系数的影响

强激光与靶相互作用产生的等离子体可以作为一种新型的推进源.就强激光与靶相互作用过程中，靶结构对激光等离子体动量耦合系数的影响进行了研究.结果表明，相对于无约束的平面靶，坑靶将动量耦合系数提高了5倍，而约束的平面靶将动量耦合系数提高了10倍以上.分析发现，对等离子体的有效约束是提高动量耦合系数的主要原因. 关键词： 激光等离子体 推进 动量耦合系数     

神光I强激光腔靶X光辐射烧蚀铝平面靶的理论研究

用神光－Ｉ激光装置柱型腔靶实测的辐射温度曲线作温度源。从理论上研究了辐射烧蚀和穿爱铝平面靶的物理过程，给出了有关的定标定律和数值模拟结果。     

真空环境下激光与固体靶冲量耦合的机理分析和数值模拟

在准真空环境下，采用高功率密度的调Q-Nd:YAG激光照射固体铝靶表面，测量了不同入射激光强度下气化靶物质对靶的冲量.通过分析不同情况下激光与固态靶、气化物质的作用机理，采用流体力学理论和三维有限差分的计算方法，对不同激光强度情况下气化物质对靶产生冲量的过程进行了数值模拟，将模拟计算所得结果与实验测量结果进行了比较和分析，进而对实验结果进行了解释.由数值模拟结果与实验结果的一致性可见，本文采用的模型能反映激光作用下固体靶力学响应的物理过程.     

高增益复合泵浦O^＋7X射线激光的理论研究

用一维流体力学程序MEDUSA耦合原子物理程序NIMP,对超短脉冲激光辐照Mylar纤维靶和平面靶产生复合泵浦O~(17)X射线激光的物理过程进行了理论研究,探讨了利用VULCAN激光装置的CPA皮秒脉冲光束进行饱和增益实验的可行性.结果表明,超短脉冲辐照激光靶可能是产生饱和增益的复合泵浦X射线激光的一条有效途径.     

用斜入射方法计算碳纤维靶的激光增益

 用斜入射方法并考虑了激光被折射和P极化激光的共振吸收,计算了碳纤维靶的等离子体状态和激光增益。激光斜入射获得的类H碳的n=2 、3 跃迁的激光增益系数,比按垂直入射的计算的值略大,但是,增益系数的空间分布变得更窄。激光增益发生在更靠近靶的外表层。     

激光入射角度对薄膜热场分布影响的数值分析

在多层介质薄膜中，激光的入射方式是影响薄膜抗损伤能力的关键因素之一.提出了一种模拟锥角高斯光入射多层介质薄膜后电场和热场分布的方法.该方法能够分析薄膜中高斯光各个角谱分量叠加形成的电场分布，进而得到由于薄膜本征吸收产生的热量沉积以及薄膜内部的温度场分布.针对中心波长为4.3 μm的中红外高反膜进行了分析，给出了高反膜系的温升峰值随激光入射角度和偏振态的变化.结果表明：对于s偏振光，斜入射时膜系的最高温升峰值高于垂直入射峰值，而p光的结果则相反.此种模拟方法克服了原有方法对激光入射角度的限制，较好地反映出斜入射情况下激光偏振态对薄膜损伤的影响. 关键词： 多层介质薄膜 高斯光 热过程 数值分析