激光间接驱动聚变内爆流体不稳定性研究

激光间接驱动惯性约束聚变(ICF)内爆过程多层靶球各个界面发生的流体力学不稳定性是影响聚变点火成功的关键因素.为深入了解内爆过程这样不稳定性的发生、发展和它对聚变点火的影响,研制成了研究内爆多介质辐射流体力学过程的高精度二维(局部三维)大型LARED-S程序,并在长期研究实践中不断发展和改善.该程序模拟结果与不稳定性线性和弱非线性解析结果,以及非线性激波管实验结果都很好符合.应用这一程序,进行了大量数值模拟研究,结合理论模型分析,获得了大量流体力学不稳定性发展和演化的重要结果和物理规律认识.获得了具有不同密度、速度、磁场分布的Rayleigh-Taylor(RT)和Kelvin-Helmholtz(KH)不稳定性的线性增长率,以及它们在不可压缩条件下的弱非线性发展的解析解,表明了两者在不同Froude数、密度过渡层厚度、速度剪切层下的竞争关系;通过数值模拟,发现弱预热条件下烧蚀RT不稳定性二次谐波非线性发展导致不稳定增长尖钉(Spike)断裂的重要过程;数值模拟进一步揭露了强预热条件下,烧蚀RT不稳定性非线性发展导致不稳定增长尖钉出现射流状结构,气泡发生加速;还发现强烈的电子热传导使初始单模扰动的KH不稳定性大大削弱,然而却可能使两模扰动非线性发展增大混合尺度.在神光II激光装置上开展了一系列烧蚀RT不稳定性实验.平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流,且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响.实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像.通过提高空间分辨率,实验获得了二次和三次谐波的增长数据.模拟结果与实验结果相符合.神光II激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算.在上述理论和实验认识基础上,进行了ICF聚变点火靶物理研究.主要研究靶丸内外表面单球谐模扰动、辐射不对称性、内爆热斑界面不稳定性、黑腔辐射M带以及氘氚(DT)主燃料低阶模面密度不均匀性等物理过程对ICF内爆流体不稳定性的影响.对于ICF间接驱动初始烧蚀层外表面和DT冰内表面的单模粗糙度扰动和辐射驱动不对称性扰动,获得了不稳定性增长规律,提高了热斑界面扰动增长对点火影响和黑腔M带X射线能谱对内爆稳定性影响的物理认识.模拟研究表明DT主燃料面密度不均匀严重影响内爆动能转换为燃料内能的效率和内爆惯性约束时间.研究结果不仅对研究ICF内爆点火有重要参考价值,而且对发生在天体和自然界中流体不稳定性的物理本质理解会有帮助.     

我国激光惯性约束聚变实验研究进展

介绍国内自2000年以来的激光惯性聚变（inertial confrnementfusion，ICF）实验研究进展，主要内容为神光Ⅱ激光装置上的实验，也对刚建成不久的神光III原型装置上的实验作简要介绍。在神光Ⅱ激光装置上开展了多项的物理实验研究，进行了系列综合和分解实验，获得的主要实验技术指标为：黑腔峰值辐射温度超过二百万度；辐射驱动DT聚变中子产额达10^8和辐射驱动压缩DD燃料密度超过10倍液氘密度；辐射不透明的样品温度接近100eV。在神光Ⅱ装置上得到这些结果表明国内在惯性约束聚变研究方面取得了显著的进步。随着神光Ⅲ原型装置建造的完成，2007年在该装置上进行了首轮物理实验，开展了黑腔物理和辐射内爆物理实验，首轮实验的成功说明神光Ⅲ原型装置已具备实验能力。     

间接驱动内爆物理实验研究进展

激光惯性约束聚变(ICF)研究具有十分重要的实际价值和科学意义,同时也是依赖整体国力的大科学工程.内爆实验,集成理论、制靶、诊断和驱动器等多方面工作,是ICF研究水平的最终体现.我国从20世纪80年代实现激光驱动内爆出中子,到90年代至21世纪头十年实现以冲击压缩为主的近一维内爆,并且惯性压缩开始起作用,直至近期实现中等收缩比、方波驱动、以惯性压缩为主的近一维内爆,内爆实验水平不断进步,内能性能显著提升.随着神光-Ⅲ(SG-Ⅲ)装置的建成,同时在美国点火实验受挫的形势下,我国内爆实验向更高收缩比、更低燃料熵增的点火参数区间迈进,将面临重大机遇与挑战.     

用于神光Ⅱ激光装置的X光针孔相机

研制了用于神光Ⅱ激光装置的X光针孔相机。在神光Ⅱ激光装置上，作为主要设备的X光针孔相机发挥了重要作用。对神光Ⅱ激光装置惯性约束聚变（ICF）进行研究的X光针孔相机及利用该相机在ICF相关研究中获得典型的实验结果做了介绍。     

类铍离子磁偶、磁四和磁八光谱跃迁的理论研究

采用全相对论量子力学GRASP2程序和平均能级AL模型，在核的有限体积效应、Breit和QED效应的高阶扰动基础上，系统地计算了类铍离子组态磁偶极M1、磁四极胞和磁八极M3光谱跃迁波长，跃迁几率和振子强度，所得结果和最近的实验数据及理论计算值进行了比较，结果表明：高原子序数的高荷电离子的磁多级矩的跃迁几率和中性原子的电偶极矩相当，在ICF和MCF高温激光等离子体中，磁多级矩的跃迁几率过程不能被忽视．     

间接驱动惯性约束聚变中的激光等离子体不稳定性

间接驱动惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)中,激光能量除了通过逆轫致机制被吸收和传输,还会激发各种参量不稳定性(受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)、受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,SRS)、双等离子体衰变(Two-Plasmon Decay,TPD)等),大幅降低激光-靶丸耦合效率并破坏辐射场对称性.因此,激光等离子体不稳定性是实现聚变点火的最大风险之一,研究、理解和抑制以SBS和SRS为主的激光等离子体不稳定性一直在激光聚变研究中占有重要地位.本文从激光(L)、等离子体(P)和不稳定性机制(Ⅰ)这三个方面介绍了激光间接驱动ICF框架下理解和抑制激光等离子体不稳定性(Laser Plasma Instability,LPI)的研究进展和机遇.     

TiO2纳米管阵列的制备与表征

研究了阳极氧化备TiO_2纳米管阵列过程中电解液中水的含量、阳极氧化时间、阳极氧化电压、退火处理对TiO_2纳米管阵列形貌以及晶型的影响。结果表明:当电解液中水的含量为2%(V/V)时,制得的TiO_2纳米管阵列形貌清晰可见,管口完好无损;450℃退火使纳米管由无定形态转变为锐钛矿相。     

Ca,Ti,Cu,Ge,Mo和Ag原子的K壳层电离截面的理论计算

利用修改后的MBELL模型,研究K壳层的相对论效应和离子效应对快电子离子碰撞电离K壳层产生截面的影响;在BELL模型中,引入相对论效应和离子效应,基于相对论效应的K壳层电子离子碰撞电离截面的理论,计算Ca,Ti,Cu,Ge,Mo和Ag的K壳层电子碰撞电离截面。研究结果表明:考虑到相对论效应和离子效应后,修改后的MBELL的K壳层产生截面的结果明显优于BELL的计算结果和其他半经验公式的计算结果,其计算结果可用来模拟K壳层激光等离子体的超热电子能谱和产额,且可为一些电子仪器的制造提供精确的碰撞电离参数。