激光在高温等离子体中的成丝不稳定性数值模拟

简要介绍激光－靶耦合中,二维（ｙ,ｚ）、三维（ｘ,ｙ,ｚ）成丝不稳定性数值模拟方法及计算结果。该方法包括非局域热传导和Ｌａｎｄａｕ阻尼。二维（ｙ,ｚ）成丝过程的发展与一维双温单流体力学计算同步耦合,成丝的零级量由一维双温单流体力学计算提供。三维（ｘ,ｙ,ｚ）成丝的模拟采用固定时刻的零级量为背景进行计算。成丝过程的发展除与成丝背景有关外,还与扰动波长、入射激光强度、激光波长等有关。计算结果表明：成丝     

激光在等离子体中成丝特性的数值模拟

 用数值模拟方法研究激光在等离子体中成丝的发展过程及其特征参数对成丝的影响。模拟结果清晰地给出柱状成丝不稳定性的产生及发展。计算结果表明：入射激光强度、入射激光波长及等离子体背景密度是影响会聚强度的重要因素。该结果与国外报道的理论和实验研究吻合,可为研究抑制成丝提供参考。     

N维势箱函数量子特性的可视化研究

运用量子理论推导和数值计算相结合的方法,本文首先得到了一维势箱函数的示意图及其模型.接着,全面、系统地研究了量子理论中N维势箱函数的波函数、能级和概率密度.最后,运用MATLAB软件对势箱函数的所有特性进行了仿真模拟.我们发现:N维势箱中粒子的能量是量子化的、不连续;量子数n不能为零,且n越大对应的能级越高,而质量m越大,对应的能级越低.一般条件下,一维势箱长度a越大(粒子运动范围越大),对应的能级越低;节点数为n-1,节点越多,波长越短,频率越高,能级越高.二维势箱函数波函数的峰值个数为n x 0x0E?SymboltB@0x0Fn y,且与Ψ=0平面的交线数也为n x 0x0E?SymboltB@0x0Fn y;概率密度分布的极大值个数也为n x 0x0E?SymboltB@0x0Fn y.对于简并度,一般情况下,二维势箱模型下的粒子的简并度是不确定的;但对于二维正方势箱函数模型,其箱内微观粒子的能级简并度分为特殊和一般两种情况.三维势箱函数的简并度为n x+n y+n z.最后,首次借助MATLAB软件的色彩实现了四维表现,得到了三维势箱函数的四维空间切片图.这种可视化的结果与理论结果完全一致,这对于抽象性概念的理解具有重要意义.     

强激光等离子体耦合效应的数值模拟

 研究了高强度（10¹²(10^{14W/cm2）,纳秒脉冲(高斯型)激光与AI、 CH等离子体的耦合效应。采用一维双温、单流体力学方程组,数值模拟研究激光强度和波长对靶表面能量沉积和对等离子体特征参数的影响。激光等离子体耦合的主要机制有:轫致辐射、逆轫致辐射吸收、热扩散和电子、离子之间碰撞能量交换。给出了电子最高温度与光强的近似定量关系。}     

激光间接驱动惯性约束聚变二维总体程序——LARED集成程序

介绍了辐射流体力学程序LARED集成程序的物理背景、模型方程、数值方法和数值算例。该程序主要应用于激光间接驱动惯性约束聚变的二维整体模拟,兼顾激光直接驱动、辐射驱动靶丸内爆过程和流体不稳定性等物理过程的数值模拟。通过与实验数据、一维辐射流体力学程序进行比对,验证了程序的可靠性。该程序实现了多群输运建模下NIF点火靶的全过程数值模拟,并已应用于惯性约束聚变的物理研究。     

弱耦合自旋1/2二核系统二维动态NMR谱

二维动态NMR谱通常可由三脉冲实验得到。但如果核系统有标量耦合,就有可能混淆实验所得的信息。本文在Liouvelle空间中求出二核弱耦合系统的二维理论动态谱,给出AX(I=1/2)系统中的密度矩阵的解析解。文中指出:(1)在梯度脉冲作用之后,密度矩阵将留下z分量、零量子相干和双量子相干。(2)标量耦合与交换作用、弛豫作用的影响不同。前者只对零量子相干及双量子相干有贡献。如果实验得当,有希望消除标量耦合对动态谱的干扰。 关键词：     

电子泵浦KrF准分子激光的一维动力学研究

对电子束泵浦KrF准分子激光进行了一维动力学模拟研究,考虑了24种粒子,119种反应通道。较为细致地研究了一维模型的物理机制及数学处理方法。运用该模型对国外实验结果作了模拟计算,结果符合较好。对原子能院电子束泵浦百焦耳级准分子激光器进行了模拟计算,给出了一些激光参数随时间、纵向位置的变化规律。最后对零维模型和一维模型的计算结果作了比较。     

相干与非相干激光成丝不稳定性的数值模拟研究

利用二维三温磁流体力学激光靶程序（ＣＡＳＴＯＲ）数值模拟了相干光和诱导空间非相干（ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｐａｔｉａｌ ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ＩＳＩ）光的成丝不稳定性．用求解激光传播方程和简化流体模型的方法研究了随机相位板（ｒａｎｄｏｍ ｐｈａｓｅ ｐｌａｔｅ ＲＰＰ）光滑化技术对成丝不稳定性的影响，结果表明ＩＳＩ和ＲＰＰ去相干方法可以有条件地减弱或抑制成丝不稳定性． 关键词：     

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。     

三维柱腔内辐射输运的一维模拟

在惯性约束聚变实验中,使用一维辐射流体力学程序模拟辐射在管壁约束的介质中的传输,因为无法考虑管壁辐射漏失等二维或三维边缘效应而引入了较大的误差.通过解析的视角因子公式和反照率定标公式来模拟X射线在管壁中的损失以及腔壁开口的漏失等边缘效应,对一维辐射流体力学程序MULTI的辐射输运计算进行了修改,成功模拟了X射线辐照下金等离子体的界面运动轨迹,比不考虑边缘漏失更接近实验测量结果,证明了该方法的有效性.     

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。     

三维激光等离子体相互作用并行数值模拟

提供一个三维非线性流体力学与激光传播耦合的并行求解软件LAP3D，以帮助物理人员研究激光束自聚焦、激光成丝现象。LAP3D基于三维Cartesian坐标系，假设激光沿z向传播，在等离子体标准中性近似假设条件下，忽略电子动量，求解三维Euler流体力学方程、非局域电子热传导方程、旁轴包络近似的激光传播方程3个物理过程。     

强激光辐照铝靶的辐射流体动力学模型及数值求解

本文改进了传统的辐射流体动力学模型,建立了完整的一维单流体双温度辐射流体力学方程组描述5×10⁸w/cm²高斯脉冲激光与一维半无界铝靶在真空中耦合所产生的靶外等离子体的发展过程,并建立了相应的数值模拟模型,计算结果与有关文献和实验比较,取得了定性与定量的一致.     

激光等离子体特征参量和辐射耦合效应研究

采用一维单流体双温度辐射流体力学模型，在激光产生的等离子体做等温膨胀的假定下，研究了脉冲强激光辐照固态靶材时，计及再辐射后汽化等离子体特征参量与靶材物质和激光参数之间的定标关系，计算了等离子体再辐射对激光－靶材耦合效应的影响。     

锥形轮廓亚波长二维表面浮雕结构的矢量衍射特性

本文利用严格耦合波理论对多台阶逼近锥形轮廓的亚波长二维表面浮雕结构进行了计算分析.从本文的计算结果来看,采用多台阶来逐步逼近锥形轮廓的亚波长零级二维表面浮雕结构具有在宽波段、大视角上能够实现抗反射,并且对光波的偏振态下不敏感的特性.从而使得该结构为薄膜光学在材料的选择方面提供了极大的选择自由度.     

高增益自由电子激光饱和态分析的三维统计理论

考虑电子束横向发射度和电子β振荡,将2005年国际上提出的单通过高增益自由电子激光饱和状态分析的统计物理方法发展到三维情形。首先建立一种描述电子三维运动的归一化简化模型,推导了一维光场下包含电子横向运动的Vlasov方程。在螺旋型波荡器情形下通过引入横向运动守恒量发展了三维统计物理分析方法,并编写了相应计算程序,计算自由电子激光达到饱和时系统的光强增益、聚束因子。作为对比验证,编写包含N个电子自由电子激光系统的三维直接数值模拟程序,结果表明数值模拟和统计计算结果相一致。对比文献中一维模拟和一维统计理论计算结果,所得结果反映了电子束横向发射度以及电子在波荡器中的横向β振荡对饱和点参数的影响。     

黑腔中空间束匀滑光束成丝不稳定性的数值模拟北大核心CSCD

为深入研究黑腔内激光成丝不稳定性产生和发展,建立了空间束匀滑光束的传播模型,利用三维激光等离子体相互作用程序LAP3D模拟了黑腔物理条件下的大尺度成丝现象。模拟结果可正确描述成丝后光强的束发散现象及谱空间光强分布特征。从激光能量参数角度分析了导致成丝不稳定性发展的物理因素,并讨论了应用空间束匀滑技术抑制成丝不稳定性的局限性。研究表明:空间束匀滑光束发展成丝的能力取决于光斑内小焦斑的成丝表现,当具备成丝能力的小焦斑份额达到一定比例后,就会导致整个空间束匀滑光束成丝,因此对于光斑平均功率密度较高的光束,须考虑结合其他束匀滑手段来抑制成丝发展。     

PTS装置Z箍缩负载设计分析

介绍了PTS装置丝阵负载设计思路,用简化的薄壳模型(零维)和辐射磁流体力学模型(一维)数值模拟了丝阵Z箍缩内爆过程,给出了PTS丝阵负载设计参数,分析了初步优化结果,确定了优化选择的箍缩常数.经脉冲功率驱动器与负载优化匹配设计,PTS实验平台能够获得100TW量级的X射线功率,最佳插头能量转换效率10%.预计PTS实验平台的X射线输出能力基本达到Saturn装置长脉冲模式放电的水平.结果将为PTS开展Z箍缩研究提供有价值的参考. 关键词： PTS装置 Z箍缩丝阵负载 零维薄壳模型 一维辐射磁流体力学数值模拟     

点火黑腔二维模拟设计

基于二维激光靶耦合流体力学程序,研究设计惯性约束聚变间接驱动点火黑腔的方法.提出先调控X射线驱动温度再调控辐照均匀性的设计顺序.给出总激光功率(特别是主脉冲激光功率)的设计方法.模拟表明,填充气体密度的上限受到槽脉冲P²辐照不均匀性的限制.另外,增加腔长可以抑制靶丸烧蚀层物质的膨胀.最后给出点火黑腔二维设计结果.     

感应耦合氩等离子体反应器内流场的三维数值模拟（英文）

感应耦合等离子体反应器内流场的三维数值模拟可以揭示其复杂的空间分布.利用PROE软件建立反应器的三维模型.假设等离子体是良好的导体,结合麦克斯韦方程组以及电磁学和流体力学方程,经过推导得到磁流体力学的连续、动量、能量方程.利用FLUENT软件的二次开发功能完成耦合计算.磁场的矢量方程通过复矢量技术和UDS得到解决,利用UDS定义变物性参数和添加源项.在C语言的基础上编写UDF.将划分好网格的模型和UDF导入FLUENT中,应用基于压力法的求解器进行模拟运算.通过模拟运算得到了反应器内电磁场、温度场、速度场的分布图.最后进行了二维模拟和三维模拟的对比,以验证文中所进行模拟所得结果的可行性.