【摘 要】
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激光间接驱动惯性约束聚变利用黑腔产生高温高品质的X射线辐射源,以驱动聚变靶丸内爆压缩,实现中心点火,对可控核聚变等高能量密度物理研究具有基础物理意义。当前黑腔构型在驱动对称性、耦合效率及激光等离子体不稳定性等方面尚有提升空间。围绕高性能黑腔设计和黑腔辐射场表征,本论文开展黑腔构型设计及辐射流角分布研究,主要研究内容如下:1.联合研制三维视角因子程序IRAD3D;该程序集三维激光排布建模和物理仿真分
【基金项目】
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高温高密度等离子体物理国防科技重点实验室基金-9140C680104140C68287； 国家自然科学基金面上基金-11475154；
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激光间接驱动惯性约束聚变利用黑腔产生高温高品质的X射线辐射源,以驱动聚变靶丸内爆压缩,实现中心点火,对可控核聚变等高能量密度物理研究具有基础物理意义。当前黑腔构型在驱动对称性、耦合效率及激光等离子体不稳定性等方面尚有提升空间。围绕高性能黑腔设计和黑腔辐射场表征,本论文开展黑腔构型设计及辐射流角分布研究,主要研究内容如下:1.联合研制三维视角因子程序IRAD3D;该程序集三维激光排布建模和物理仿真分析于一体,囊括当今世界各主要激光装置排布设计模型,基本覆盖美国同类程序VISRAD所有功能,如腔靶三维建模、激光排布设计、诊断干涉检查及诊断视场分析、样品驱动强度分布及靶丸驱动对称性分析、不确定因素及参数敏感性分析等,广泛应用于神光系列激光装置物理实验设计和实验数据分析,本论文正是以此为基础开展有关工作。2.提出基于非均匀有理B样条函数的黑腔构型柔性设计方法,通过调节控制点和权重,使黑腔构型设计具有更多自由度,实现现有腔型的统一表示和集中分析,大幅度拓展了优化设计域,可能获取更为优化的腔型;同时,针对当前两孔黑腔驱动不对称性和激光等离子体不稳定性难以控制、多孔黑腔耦合效率降低的风险,首次提出四柱黑腔和三轴椭球腔两种新构型,采用单锥环激光注入排布设计,无需额外的调节手段即可获得优秀皮实的驱动对称性,等离子体填充效应（制约激光等离子体不稳定性）与六孔球腔、三轴柱腔等腔型相当,且具有较高耦合效率,展示出优良的综合黑腔性能,有望成为间接驱动激光聚变的重要候选腔型。3.建立基于面发射的黑腔辐射场表征模型,辐射流角分布模拟结果与VISRAD计算值和OMEGA激光装置辐射流测量值吻合较好,用于我国万焦耳激光装置上黑腔辐射场表征研究,分析腔壁反照率、激光光斑移动、激光注入孔缩孔和激光功率偏差等因素对峰值辐射流角分布的影响,进一步研究靶丸驱动强度与多角度辐射流的时间演化行为,可探寻不同激光装置近似表征黑腔平衡辐射温度的特征方位;针对面发射模型在填充等离子体辐射贡献不可忽略时逐渐失效的问题,提出等效发射体模型,将平面网格拓展到体网格,根据十万焦耳激光装置实验数据建立金泡径向运动速度定标公式,研究金泡中电子密度和温度分布、金泡运动速度及体网格划分层数等因素对多角度辐射流的影响,考虑黑腔填充等离子体体发射效应的模拟结果与实验测量基本吻合,模型正确性得到验证,以便更准确表征黑腔辐射场。通过本论文对黑腔构型及辐射流角分布的研究,初步建立一套高温高品质黑腔辐射源产生及其性能研究的分析工具（IRAD3D V3.0）,对激光间接驱动惯性约束聚变黑腔构型优化设计及黑腔辐射场表征研究具有重要参考意义。
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