惯性约束聚变中的能量转换及X射线产生的研究

发布时间：2020-10-13 15:01

　　 近年来,随着对惯性约束聚变点火研究的深入,对该过程中的能量转换及X射线产生的研究也越来越受到广泛关注。X射线发射是间接驱动惯性约束聚变的关键过程,对靶丸的辐照和压缩均有重要影响。针对激光间接驱动聚变,一般简化为激光和固体靶相互作用的模型来研究激光-X射线转换的过程。目前已经有很多不同的方案被用于提升激光-X射线转化效率,然而仍需要进一步寻找方案以实现更高的激光-X射线转换和更好的X射线能谱。与激光间接驱动不同,对Z箍缩驱动过程中能量转换和X射线产生的研究仍需要更完备的数值模拟。本文旨在研究激光和Z箍缩这两种间接惯性约束聚变中的能量转换和X射线产生,针对间接驱动方式旨在提升激光-X射线转换效率,针对Z箍缩驱动方式初步研究Z箍缩驱动方式中关键参数对能量转换过程和X射线产生的影响。首先,我们提出利用双束激光照射固体靶产生X射线的方案。使用一维辐射流体动力学程序Multi-1D对激光和固体靶相互作用过程进行模拟。研究发现,双束激光打靶由于其更低的动能和内能,可使整体的激光-X射线转换效率相比单束激光情况有13%的提升。而且,双束激光方案的X射线能谱在软X射线范围内有明显的提升,而M带的X射线发射得到抑制。其次,我们编写了Z箍缩零维模型程序,并将该程序与Multi-1D结合起来,对Z箍缩的X射线产生过程进行了模拟,研究了丝阵内爆和丝阵撞击泡沫这两个过程进行了能量转换并分析了关键参数如:峰值电流、丝阵线质量、丝阵半径、泡沫柱半径和泡沫柱密度对于X射线产生的影响,研究发现:电流峰值主要对丝阵内爆动能产生影响,丝阵半径和丝阵线质量主要对丝阵内爆过程影响严重,因为最佳线质量的存在导致丝阵内爆对于每一个丝阵和泡沫尺寸均存在最大动能,泡沫柱的存在会导致X射线的产生减小,但由于其对于黑腔的形成意义重大,所以一般尺寸不宜太小。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TL61
【部分图文】：

图 1.1 惯性约束聚变两种驱动方式示意图。(a)直接驱动，(b)间接驱动示意图[25]。1.1.1 激光间接驱动惯性约束聚变作为技术最为成熟的驱动方式，高功率激光驱动曾被认为是最有可能实火的方式。激光间接驱动，如前所述，激光首先打到转换体上，实现激光的转换，一般间接驱动的转换体使用黑腔结构，材料使用高 Z 材料。黑的 X 射线对黑腔内的靶丸进行辐射烧蚀。类似于直接驱动的激光烧蚀，会造成靶丸表面的向外喷，由于这样的外喷作用，对靶丸内部进行压缩热核聚变燃料压缩至高温高密度的状态，实现最终的点火燃烧。然而，随着研究的不断深入，科研人员逐渐意识到间接驱动聚变过程的这些过程涉及许多物理研究方向，如黑腔物理、内爆物理和点火物理。主要包括激光与等离子体相互作用(涉及激光传播与吸收、等离子体传输理、电子热传导、X 射线发射黑腔辐射均匀性)和辐射输运(即辐射与物质)；内爆物理包括辐射烧蚀、靶丸压缩、流体动力学不稳定性等过程；点及 粒子沉积、热斑到周围冷物质区的电子热传导等过程。目前针对这些过

国防科学技术大学研究生院硕士学位论文导致金属丝的膨胀、熔解、气化，形成等离子体套筒，这就是负载消融过程，如图 1.2(a)所示；在等离子体内流过的电流引起的角向洛伦兹力对等离子体套筒向中心轴进行加速，这个过程中电磁能逐渐转换成为等离子体套筒的动能和内能，直至将等离子体套筒内爆至中心泡沫柱位置，这个过程就是丝阵内爆阶段，如图 1.2(b)所示；高速的等离子体套筒与中心泡沫柱碰撞，将动能转化为内能，并产生强的 X射线辐射，如图 1.2(c)所示；最后，泡沫柱内的辐射均匀照射靶丸，之后的过程与上述的激光间接驱动惯性约束聚变中的过程类似。

图 1.2 Z 箍缩内爆过程的基本过程[26]。冲功率技术的要求较高，目前产生的电变带来了新的希望。作为 Z 箍缩驱动聚断在推进 Z 箍缩的发展[27]，从动态黑腔，这些结构均致力于得到更好辐射状态靶丸烧蚀过程的影响。圣地亚实验室也]，如下图 1.3 所示。国内对 Z 箍缩间接驱研究，模拟研究主要着眼于辐射磁流体物理研究所编写的三温辐射磁流体程序号”和“聚龙一号”装置上进行，主要
【参考文献】

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本文编号：2839323