激光腔靶耦合二维辐射输运数值模拟

:间接驱动激光聚变过程中,黑腔内物质处于非局域热动平衡(non-LTE)状态,而且辐射传输具有非平衡、各向异性等特点。为了精确描述黑腔辐射场的演化及其与物质的相互作用,最新研制的激光聚变二维总体LARED集成程序,基于non-LTE的多群辐射输运建模,首次实现了激光黑腔靶实验的全过程数值模拟。数值结果表明,辐射输运计算较好地反映了黑腔辐射场均匀性变化,腔壁光斑区与非光斑区X光发射强度比与实验测量值接近,靶丸压缩形状与实验图像定性一致。     

ICF点火靶内环激光SRS抑制方法理论研究

激光等离子体相互作用（LPI）是制约在美国国家点火装置（NIF）上实现间接驱动惯性约束聚变的关键问题之一。LPI的激发不仅依赖于激光束功率密度与光束品质,还强烈依赖于光束所经过的等离子体状态。模拟显示,内环激光通道上靠近腔壁的He等离子体是受激拉曼散射（SRS）产生的主要区域。通过改变黑腔设计参数（包括构型、尺寸和填充物材料等）可以一定程度优化特定区域的等离子体状态,进而抑制LPI的产生。据此,提出了使用大黑腔高激光能量和改变填充气体组分两条控制SRS增长的技术路线。线性分析表明,两条技术路线效果明显,可分别将SRS峰值增益降低70%与63%。     

神光Ⅲ主机装置首次间接驱动内爆集成实验

基于新建成的神光Ⅲ主机装置开展了首次激光间接驱动内爆集成实验。国内首次采用多环脉冲整形激光注入黑腔产生X光辐射驱动内爆,通过优化激光打靶参数控制驱动不对称性,演示了以惯性压缩为主、收缩比约15倍的DT靶丸内爆实验能力, 实现了准一维的高静产额(YOC)和高中子产额的物理指标;其中,真空黑腔DT靶丸最高中子产额为1.91012,YOC达到60%;充气黑腔DT靶丸最高中子产额为2.41012,YOC大约70%。该实验为未来开展多台阶整形辐射驱动、更高倍数收缩比的高压缩内爆综合实验、验证点火靶物理设计和关键调控措施有效性奠定了基础。     

激光腔靶耦合二维辐射输运数值模拟

间接驱动激光聚变过程中,黑腔内物质处于非局域热动平衡(non-LTE)状态,而且辐射传输具有非平衡、各向异性等特点。为了精确描述黑腔辐射场的演化及其与物质的相互作用,最新研制的激光聚变二维总体LARED集成程序,基于non-LTE的多群辐射输运建模,首次实现了激光黑腔靶实验的全过程数值模拟。数值结果表明,辐射输运计算较好地反映了黑腔辐射场均匀性变化,腔壁光斑区与非光斑区X光发射强度比与实验测量值接近,靶丸压缩形状与实验图像定性一致。     

激光间接驱动聚变中黑腔辐射温度的角分布

通过理论分析和LARED多群辐射输运模拟研究了激光间接驱动聚变中黑腔辐射温度的角分布特点。研究发现,黑腔辐射温度角分布主要决定于光斑区与非光斑区的对比度、视野中光斑区的面积比例,以及体发射的份额。激光二维光环排布下黑腔辐射温度角分布与二维LARED模拟结果非常一致。研究还发现,二维的LARED模拟能够有效地用于研究神光Ⅲ原型黑腔实验中三维光斑排布下的辐射温度角分布。通过缩小FXRD测量面积能够有效地提高黑腔辐射温度随角度的变化,从而降低辐射流测量误差对辐射温度角分布的影响。     

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。     

激光靶耦合过程中的激光能量沉积方程

激光聚变靶物理研究用激光强率I随空间的变化来反映激光能量的沉积。目前激光靶物理研究使用的激光能量沉积方程在临界面处发散,讨论了造成这一非物理结果的原因,给出了合理的激光强度方程,并讨论了新旧两种激光强度方程对激光吸收的影响。     

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。     

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。     

Numerical Simulation of 2-D Radiation-Drive Ignition Implosion Process

A Lagrangian compatible radiation hydrodynamic algorithm and the nuclear dynamics computing module are developed and implemented in the LARED Integration code, which is a radiation hydrodynamic code based on the 2-D cylindrical coordinates for the numerical simulation of the indirect-drive Inertial Confined Fusion. A number of 1-D and 2-D ignition implosion numerical simulations by using the improved LARED Integration code (ILARED) are presented which show that the 1-D numerical results are consistent with those computed by the 1-D radiation hydrodynamic code RDMG, while the simulation results of the 2-D low-mode radiative asymmetry and hydrodynamic instability growth,according to the physical analysis and anticipation, are satisfactory. The capsules driven by the sources from SGII experiments are also simulated by ILARED, and the fuel shapes agree well with the experimental results. The numerical simulations demonstrate that ILARED can be used in the simulation of the 1-D and 2-D ignition capsule implosion using the multi-group diffusion model for radiation.