等容预压缩等离子体中的快点火热斑形成与燃烧波传播

研究热斑点火物理过程对于实现聚变点火和高增益聚变放能具有重要意义,但是,迄今为止的大部分相关研究都是针对等压构型预压缩等离子体进行的,对等容构型预压缩等离子体中的热斑点火过程研究尚不充分.本文针对双锥对撞点火方案产生的等容预压缩高密度等离子体,建立了描述热斑边界演化和核聚变燃烧的半解析模型.该模型表明,在等容预压缩高密度等离子体中的热斑边界,可以用对热斑产生的α粒子具有强烈吸收作用的激波波峰的位置来定义,且等容预压缩等离子体中的热斑点火过程也存在α粒子射程主导的自调节现象.通过考虑α粒子的空间不均匀沉积效应,可以利用该模型描述等容预压缩等离子体中热斑内部的温度和密度演化.使用该模型分析热斑在点火初期时刻的劳森参数和平均热斑温度发现,在快电子总能量相同情况下,能量较低的快电子束更有利于实现点火.辐射流体模拟程序O-SUKI-N的验证计算表明,本文提出的半解析模型的计算结果具有较强的合理性.

对话式交互阅读模式下读者的交互体验研究--以“快点阅读”App为例

当前,对话体小说的兴起所形成的对话式交互阅读模式受到年轻读者的喜爱,这种阅读模式更加注重为读者提供交互式体验。对话式交互阅读模式基于社交化、游戏化的功能属性,引导读者在阅读过程中参与互动,催生以读者为中心的多元主体交互行为,而读者在阅读过程中的打投、二创等行为进一步推动阅读社群的产生,并获得更深入的情感交互体验。文章以“快点阅读”App为例,从行为与情感两个维度探讨对话式交互阅读模式下读者的交互体验。

快点火锥壳靶压缩对称性及燃料分布测量实验研究

快点火激光惯性约束聚变将压缩与点火过程分开,与中心点火方式相比,大大放宽了对压缩对称性和能量的要求,是国际惯性约束聚变研究的热点方向。在神光Ⅱ装置上开展的快点火锥壳靶预压缩实验中,背光分幅图像显示导引锥及输运丝对靶丸预压缩过程无明显影响,实验结果与一维数值模拟结果吻合也证明了该结论;实验中通过调节导引锥尺寸和相对靶丸的位置,可保证最大压缩时刻导引锥保存完好,这对超热电子的输运以及能量沉积是至关重要的。

神光Ⅱ升级装置锥壳靶间接驱动快点火集成实验

在神光Ⅱ升级装置上完成了国际上首次间接驱动快点火集成实验。实验采用双台阶脉冲整形激光注入黑腔产生X射线准等熵压缩锥壳靶,实现了高密度压缩,然后采用皮秒超短脉冲激光注入加热燃料。实验中观测到中子产额由皮秒激光注入前的5×103增加到2.2×105,中子产额增益达到44倍,实验证实了皮秒激光具有明显燃料加热效果。该实验为进一步开展快点火热斑形成效率和相关物理研究奠定了基础。

间接驱动快点火锥壳靶锥体材料燃料混合问题研究

与中心点火相比,快点火将压缩和点火过程分开,大大放宽了对压缩对称性和驱动能量的要求。通过在神光Ⅱ激光装置上开展了快点火锥壳靶预压缩实验研究,利用X射线背光分幅照相方法观察到了清晰完整的快点火锥壳靶内爆压缩过程,并利用阿贝反演结合剩余烧蚀质量的方法得到了不同时刻燃料密度、面密度分布数据,当前实验条件下获得的最大压缩密度和面密度分别为30g/cm3和50mg/cm2;为解决金柱腔M带对导引锥的预热以及由此导致的燃料-锥体材料混合问题,提出了一种在锥体表面镀低Z材料的方法,实验和辐射流体数值模拟结果验证了该方法的有效性,该方法的成功解决了间接驱动快点火激光聚变的重要关键技术问题。

用于快点火研究的超短脉冲的相干合成

利用傅里叶光学方法,建立了一个基于远场的多束超短脉冲相干合成的理论模型。研究了一个口径为50 cm,脉宽为1 ps的超短脉冲相干合成系统的各种误差对脉冲远场时域和空域特性的影响。结果表明:若要求远场的一倍衍射极限区域的积分能量分布达到理想情况下的90%,该系统的相位延迟误差小于0.63,沿x方向角度误差小于0.37μrad,沿y方向角度误差小于0.34μrad;若要求远场叠加脉冲的时域展宽小于25%,系统的剩余啁啾因子应小于1.32(不考虑相位延迟)或1.52(考虑0.63的相位延迟)。

快点火中相对论电子束能量沉积的动理学研究

针对相对论快电子束在高密度压缩芯区等离子体中的能量沉积过程开展物理建模、程序研制和数值模拟研究。从等离子体粒子碰撞的基本物理出发,综合考虑了高能电子与背景等离子体之间的短程两体碰撞过程和长程集体效应,建立了相对论Fokker-Planck动理学模型,通过采用球谐展开的方法,推导得到了适于数值求解的方程形式并根据方程特点开展相应的数值算法研究及程序研制并完成了物理考核,对快点火能量沉积的典型物理算例进行了模拟研究,并针对即将在神光Ⅱ升级装置上开展的快点火物理实验进行了初步的物理分析。

快点火锥壳靶内爆自发光图像数据处理

为研究快点火预压缩过程中导引锥对压缩靶丸芯部辐射对称性的影响,在神光Ⅲ原型上开展了快点火预压缩的自发光测量实验。采集了相同长度黑腔中不同类型靶丸的内爆自发光图像和不同长度黑腔中同类靶丸的内爆自发光图像,利用最小二乘椭圆拟合方法对芯部的自发光半峰值强度等高线进行椭圆拟合,通过椭圆特征来分析靶丸在最强发光时刻的压缩对称性。分析结果表明:导引锥的存在会使发光区域沿着赤道方向拉长,降低了压缩对称性;有锥靶丸在1600μm黑腔内的形变小于在1500μm和1700μm黑腔内的形变,压缩对称性可以通过调整黑腔长度来控制。

快点火靶金锥制备工艺

锥壳靶是惯性约束聚变快点火实验研究中的一种重要靶型。本工作采用精密车床加工与电镀技术制备锥壳靶用不同角度的金锥。主要介绍金锥电镀金层的制备工艺,讨论了电镀液配方、pH值、镀前处理、尖端效应等对金锥金层质量的影响。

快点火用氘代聚合物空心微球研究进展

氘代聚合物空心微球是惯性约束聚变快点火物理研究中亟需的一类靶丸。本文总结近年来国内外快点火物理实验中使用的氘代聚合物空心微球种类,介绍快点火物理实验对氘代聚合物空心微球质量的严苛要求和各类氘代聚合物空心微球的制备方法,重点阐述氘代聚合物空心微球质量的影响因素和研制进展,并指出氘代聚合物空心微球研制的发展方向。

神光Ⅲ原型装置直接驱动均匀辐照设计及在快点火中的潜在应用

研究了基于间接驱动设计的神光Ⅲ原型装置在直接驱动方式下提供的辐照均匀程度,在考虑激光瞄准偏差以及激光束间能量偏差的情况下,通过优化激光光斑内部光强分布实现了球靶表面较高程度的均匀辐照。研究表明光强均方根随激光偏差的减小而降低。在优化结果基础上,分析了优化光强与实际光强的联系,指出可通过同步放缩具有长度量纲的量调整靶球表面平均光强,为后续靶设计提供了依据。最后,研究了优化结果在直接驱动快点火技术途径下的应用,分析了导引锥对激光传输的影响,表明当导引锥位于靶球两极方向,并且半锥角小于30°时,导引锥对锥外部靶球表面的光强分布影响较小,优化结果亦可应用于直接驱动快点火。

皮秒短脉冲X射线背光诊断快点火靶丸压缩面密度

为了给快点火集成耦合效率的计算提供关键参数,并为后期高密度压缩奠定高能背光的诊断基础,在神光-Ⅱ升级装置上利用皮秒短脉冲激光驱动产生了X射线背光源,测量了成像分辨率、光通量,获得了短脉冲背光源的辐射特性,进一步成功演示了基于这种短脉冲背光照相技术的间接驱动快点火预压缩密度诊断。实验所得图像与模拟图像结构一致,实测压缩过程中的面密度达到50 mg/cm2。实验还发现了压缩不对称引起的流体不稳定性特征,为后续实验提供了改进方向。

直接驱动快点火Au-CD锥壳靶的研制

介绍了近年在直接驱动快点火锥壳靶研制方面取得的进展。采用带止口金锥的设计提高金锥与微球的装配精度,讨论了芯轴电镀工艺中尖端效应的影响。采用飞秒激光加工实现聚合物微球打孔,讨论了激光扫描方式对打孔质量的影响。

用于快点火的激光驱动器组束方式

根据实现快点火激光的预估参数要求,分析了非相干组束和相干组束是否可满足快点火所需的激光功率密度和能量。引入与实际情况相当的畸变波前分析远场焦斑,为了满足能量要求非相干组束需要组合更多的光束,并改进驱动器的稳定性将角漂控制在±2μrad范围内;相干组束可获得更小的焦斑有利于提高功率密度,同时可降低对能量的要求,但仅对单路光分别进行波前补偿并不能提高能量集中度,需要引入复杂的监测和控制设备对整个通光孔径内的波前(包括束内和束间)进行全局控制。基于目前提出的参数要求和波前校正能力,非相干合成更易实现快点火,但相干合成则具有更广泛的应用潜力。

快点火参数窗口的计算

在入射粒子和等离子体相互作用物理学基础上,采用蒙特卡罗方法计算了常温和10 keV下,电子、氢、氘、氚和氦粒子在500 g/cm3纯氘等离子体中的能量损失、射程,以及在和燃料直径为50μm,在边缘、中心点火两种方式下的能量沉积时间,得出燃料约束时间为20 ps条件下的束流强度。实现快点火的边缘(中心)点火要求的最低入射束流强度:电子束为363(458)MA,质子束为187(355)MA,氘束为13.1(24.8)MA,氚束为10.9(20.9)MA,氦束为9.34(17.0)MA。单个粒子在边缘(中心)点火的最长能量沉积时间分别为电子0.036(0.078)ps,质子0.219(0.569)ps,氘0.241(0.651)ps,氚0.320(0.854)ps,氦0.228(0.592)ps,均小于燃料约束时间。数据的分析表明,入射粒子射程的末端设计在加热区,可以有效提高加热效率,同时也可以降低需要的束流强度。点火需要的最低总能量,应通过增加入射粒子的流强来实现。

快点火中质子的能量沉积和神光Ⅱ升级装置上的质子束的产生

基于神光Ⅱ升级装置激光条件,利用流体程序、粒子模拟程序和Fokker-Placnck程序,模拟研究质子快点火中所需质子束的品质以及产生所需质子束的激光条件.首先根据快点火靶的条件,利用Fokker-Planck方程模拟快点火所需的质子束的能量范围,模拟表明当背景等离子密度为300 g/cm^(3)时,能量为7—12 MeV的质子束适合点火;当背景等离子体密度为400 g/cm^(3)时,能量为8—18 MeV的质子束适合点火.再根据神光Ⅱ升级装置实验条件研究质子束所需的激光参数,通过利用粒子模拟程序,结合流体程序给出的预等离子体,分别模拟研究了加预等离子体和不加预等离子体两种情况下的质子加速,在有预等离子体时得到的质子束最大能量约为22 MeV,没有预等离子体时得到的质子束最大能量为17.5 MeV,具体分析了两种情况下质子加速的物理机制,其结果跟等离子体自由膨胀模型结果符合得很好.

微切削力对快点火Au锥丝靶成型的影响

为解决快点火分解物理研究中锥丝靶的整体成型问题,基于超精密车削技术,提出了制备无缝、无胶锥丝靶的方法。通过建立的Au丝超精密切削成型过程中的微切削力模型,研究了相关工艺条件下微切削力对锥丝靶成型的影响。采用有限元分析方法和实验验证手段研究多种参数Au丝的切削变形问题,获得了微切削力条件下Au丝的变形规律。研究结果表明:微切削力对丝径10μm附近锥丝靶的成型影响较大,对丝径更大的锥丝靶则无明显影响。

爆推快点火模型分析

使用简单的爆推模型估算爆推快点火过程及其结果。首先由ns级主驱动激光直接驱动,形成中心低密度高温热斑,周围为高密度低温主燃料区,两区压力平衡(等压模型);然后用ps级超短超强激光打入,产生超热电子,其能量在低温主燃料区沉积,主燃料区发生爆炸,一部分向外飞散,一部分向内压缩中心热斑。在这个爆推模型下,热斑体积压缩比为64,中子产率将有极大的提高,相应的中子产额和能量增益得到提高。离子温度因为主燃料区质量过大,提高不大。提高超热电子能量,或者减小低温主燃料区质量,离子温度将会显著提高。不同的初始离子温度对结果有很大影响,较低的初始温度下更容易得到较高的中子产率和产额。

布朗单增量“快点”集的Packing维数

讨论布朗单样本轨道的重分形分析问题,通过构造一个上极限型分形集的方法,得到其不同的增量形式"快点"集的Packing维数结果.当T>0,0≤α<1,ET(α)时,有Dim(ET(α))=N,Dim(FT(α))=N,Dim(GT(α))=N,a.s..当0<α<1时,ET(α),FT(α)和GT(α)的Hausdorff维数与其Packing维数不相等.

可加布朗运动增量“快点”集的Packing维数

讨论可加布朗运动样本轨道的重分形分析问题.利用构造上极限型集,集的乘积的Packing维数和Hausdorff维数关系的方法,分别得到其局部增量和沿坐标方向增量两种不同增量形式"快点"集的Packing维数结果.