激光与固体靶面烧蚀等离子体的能量耦合计算

 强激光辐照下固体靶表面迅速汽化产生靶蒸气等离子体,激光穿过等离子体区到达固体靶表面的过程就是激光束与等离子体的能量耦合与交换过程。采用具有五阶精度的WENO差分格式和简易等离子体状态方程模型对激光与等离子体相互作用的复杂物理过程进行了数值计算,分析了激光束能量在等离子体区中的吸收、屏蔽效应等动态耦合规律以及激光支持等离子体前驱冲击波传播。数值模拟结果表明：激光能量是支持靶面等离子体运动的唯一原因,能量屏蔽效应对激光与等离子体能量耦合有很大影响,通过控制激光脉冲宽度,可以合理调节屏蔽效应的影响。     

纳秒激光烧蚀冲量耦合数值模拟

为研究激光烧蚀靶产生冲量过程和机理, 建立了一个复杂的一维热传导和流体动力学模型. 以空间碎片常见材料Al为例, 用建立的模型数值计算了纳秒脉宽激光烧蚀靶产生的冲量及冲量耦合系数随时间变化情况. 数值结果和已有的实验数据符合的较好. 数值计算表明: 激光脉冲时间内, 靶获得的冲量随时间迅速增加, 在脉冲时间结束后, 冲量变化随时间趋于稳定; 在冲量耦合过程中, 烧蚀等离子体向真空膨胀, 羽流尺度逐渐增大, 同时吸收入射激光能量, 导致激光与靶耦合的能量降低. 关键词： 激光烧蚀 冲量耦合 等离子体     

计算中低能量电子与水分子弹性散射微分截面

运用耦合通道光学势方法计算了在中低能量下的电子与水分子碰撞弹性散射微分截面,其中靶的极化效应被包含在一个从头算的等价局域势中.随后将计算结果与实验值和其它理论计算结果进行了比较.结果显示这种计算方法对于电子与极化分子体系碰撞是非常适用的.     

高能质子在散裂靶中的能量沉积计算与实验验证

高能质子在散裂靶中的能量沉积是散裂靶中子学研究的重要内容之一,准确掌握高能质子在散裂靶中引起的能量沉积分布与瞬态变化是开展散裂靶热工流体设计的重要前提.本文采用MCNPX,PHITS与FLUKA三种蒙特卡罗模拟程序,计算并比较了高能质子入射重金属铅靶、钨靶的能量沉积分布及不同粒子对总能量沉积的占比贡献;针对高能质子入射金属钨靶的能量沉积实验数据空白,采用热释光探测器阵列测量了250 MeV质子束入射厚钨靶的能量沉积分布,实验结果表明蒙特卡罗模拟程序在散裂靶中能量沉积的计算结果具有较高的可靠性.     

超短超强激光与固体靶相互作用中发射质子的截止能量估算

 根据超短超强激光与固体靶相互作用中质子靶前表面加速和靶后表面加速两种机制,对在SILEX-I激光器上进行的质子加速实验中获得的质子最大截止能量进行了估算,认为实验中质子产生的主要机制是靶后表面加速。同时结果表明：对该装置的实验条件,靶前表面加速机制可以产生质子的最大能量约为2 MeV;靶后表面加速机制可以产生的质子的最大能量约11 MeV。另外用Multi2005程序计算了激光器信噪比对靶后表面加速机制的影响。计算表明：SILEX-I激光器信噪比达到108∶1时,预脉冲对用5 μm靶时鞘层加速电场的影响可以忽略。     

4 MeV闪光X光机轫致辐射靶设计

对4 MeV闪光X光机的轫致辐射靶参数进行了设计和模拟计算。利用蒙特卡罗程序,计算得到当轫致辐射靶的有效钽靶材厚度约为0.6 mm时,靶正前方1 m处产生的单脉冲X光的照射量值最大,可以达到约2.86×10－3 C/kg,满足4 MeV闪光X光机对其单脉冲X光的设计要求。对不同能量下的单脉冲电子束加载在轫致辐射靶上的能量沉积密度进行了计算和比较,分析研究了不同结构下的靶破坏,结果表明:轫致辐射靶采用叠靶结构的钽靶能够满足4 MeV闪光机的实验需求。     

腔靶产生的平面辐射场特性的数值模拟

 计算了不同腔靶构型参数对靶板能量效率和辐照均匀度的影响, 由此给出有较大能量效率和辐照均匀度的腔靶构型。合适的平面靶与腔壁的面积比既使平面靶的能量利用效率趋近理想又使得平面靶不太大以满足均匀度要求。     

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：     

厚靶低中能9Be(d,xn)反应加速器中子源特性研究

利用PHITS程序评价计算了厚靶9Be(d, xn)反应加速器中子源的能谱和角分布数据，重点讨论了JQMD、INCL和INCL/DWBA三种核反应物理模型计算厚靶9Be(d, xn)反应中子辐射场分布的适用性。研究结果显示，基于INCL/DWBA耦合模型的PHITS程序计算所得到的厚靶9Be(d, xn)反应中子能谱和角分布数据能够较好地与实验数据符合，可以为厚靶9Be(d, xn)反应中子源特性研究及应用提供较为准确的中子辐射场数据。此外，设计了水冷大面积旋转铍靶的方案，并在5~25 MeV/5 mA入射氘能量下条件下，开展了靶面温度模拟研究，结果显示，靶面最高温度可控制在100 oC以下。     

多束激光球靶耦合中能量沉积的均匀性

采用Skupsky理论作为讨论能量沉积均匀问题的基础。把不均匀性σnms分解为两个因子的乘积：一个因子取决于激光系统的几何配置：另一个因子取决于单束激光形成的能量沉积分布。按照几何光学的光路方程，追踪激光在靶球等离子体中的轨迹，计算激光在光路轨迹上的能量沉积（通过逆韧致吸收机制），求得激光在靶球上能量沉积的空间分布，并在此基础上进行能量沉积的均匀性研究。     

束靶耦合传感器光学及机械设计

利用共轭原理设计了用于惯性约束聚变的束靶耦合传感器,不仅解决高精度打靶,同时避免模拟准直光在瞄准过程中直接辐照实验靶。根据束靶耦合传感器的设计功能和工作原理,进行系统的光学设计和机械结构设计,通过成像实验采集的图像光学分辨力达到6 m,束靶耦合精度8.8 m。该束靶耦合传感器已经成功应用于神光-Ⅲ原型装置,通过针孔相机采集的四孔CH靶图像,统计计算得到装置的打靶精度优于25 m,满足设计打靶的束靶耦合精度的指标。     

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。     

三温方程中的电子-辐射能量交换项的计算

讨论了激光靶耦合数值模拟中电子-辐射能量交换项的处理。为了克服它给三温方程求解带来的困难,在非平衡区(T_e>T_r)和接近平衡区(T_e~T_r)采用了不同的能量交换项形式。此外,由于接近平衡时的能量交换项用辐射平均自由程表示,避免了此时计算束缚电子占据概率不准确的问题。     

基于CDCC理论对氘核破裂效应进行初步研究(英文)

为研究氘核的破裂效应对弹性散射角分布和反应截面的影响, 基于连续离散化耦合道 (CDCC) 理论编制了程序CDCCOM。 从中心点波函数的初始值出发, 利用P3C5算法求解耦合道方程组, 进而通过边界点上内、 外区的波函数相匹配求得S矩阵元。 P3C5算法提高了计算精度, 同时验证了程序CDCCOM的有效性。 通过与其他工作的计算结果及实验数据进行比较, 认为在氘核入射能量低于200 MeV的情况下, 对于大多数靶核, 通过CDCCOM都能够得出合理的结果, 表明该程序可用于进一步研究氘核诱发的非弹性核反应。     

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。     

低能O3+与H2碰撞电子俘获过程中靶的同位素效应研究

利用全量子的分子轨道强耦合方法,我们研究了基态的O3 (2s22p2P)与氚分子和氢分子碰撞的电荷转移过程,计算了方位角为45°,能量分别为0.1eV/u,1.0eV/u,100eV/u,500eV/u的单电子俘获的振动分辨的态选择截面及总截面.分子轨道强耦合计算中采用了自旋耦合价带理论计算的三原子分子势能面和径向耦合矩阵元.对体系的电子运动同H2(T2)或H2 (T2 )的转动和振动之间的耦合,根据能量的不同,分别采用了无限阶的冲量近似或振动冲量近似.结果发现,低能O3 与H2碰撞电子俘获过程中靶的同位素效应显著:对不同的同位素靶,单电子俘获的总截面以及振动分辨态选择截面的分布明显不同;入射离子能量越低,同位素效应越显著.     

激光熔蚀金属平板的三维有限体积法数值分析

为了研究气流条件下强激光对金属靶的熔蚀效应,采用有限体积方法建立了数值模型,并开发了三维Fortran计算程序。综合考虑强激光与材料耦合规律、光束能量空间分布、材料高温热物理性能以及熔蚀界面移动等关键影响因素,模拟了激光辐照下金属靶板升温、熔化和剥蚀的复杂物理过程。最后,将计算结果与试验数据进行了比较,验证了计算模型和程序的有效性。结果表明,计算模型能够反映强激光熔蚀金属平板的基本规律,熔蚀深度和后表面温度计算值与试验吻合较好,并且自编计算程序简单高效。     

神龙一号直线感应加速器X光转换靶破坏诊断北大核心CSCD

利用能量约450 keV、焦斑直径1~4 mm的低能X光对神龙一号直线感应加速器束靶作用后钽靶的破坏进行诊断,利用增强型电荷耦合器件（ICCD）对诊断过程记录,得到束靶作用后数μs时间内钽靶材料密度的变化。结果表明：在束靶作用后约1μs内靶材料密度基本没有变化,且该时间段内ICCD相机没有观察到有靶前钽靶材料的微粒喷射。     

类氦离子的电子碰撞电离微分截面

本文主要利用扭曲波玻恩交换近似方法(DBE)计算类氦离子在电子碰撞下,相应不同的末态电子能量分配的电离截面(能量微分截面)。发现对这些微分截面在不同靶电荷及入射能量下,都可用带两个参数的高斯函数αexp(β(x—0.5)²)很好地拟合。还给出两个拟合参数随靶电荷和入射能量的变化曲线,以及讨论了在库仑波玻恩交换近似(CBE)和DBE两种不同近似下所得参数值的差别。计算结果也表阴,在低靶电荷和低入射能量时用DBE计算的必要性。 关键词：     

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。