柱内爆瑞利-泰勒不稳定性弱非线性理论研究

发布时间：2021-10-14 11:14

　　惯性约束聚变（ICF）点火需要内爆高收缩比（收缩比定义为靶丸初始时刻外半径与阻滞时刻热斑半径的比值）设计来达到中心热斑点火所需要的条件,但是内爆壳层的分界面在加速和减速阶段都会经历瑞利-泰勒不稳定性（RTI）。而RTI的非线性增长会破坏内爆壳层对称性,引起中心热斑严重变形,影响内爆压缩,甚至导致点火热斑熄灭。因此研究内爆收缩几何中瑞利-泰勒不稳定性的线性增长以及非线性发展规律是ICF中心点火的重要内容。ICF点火需要尽可能高的中心内爆压力,由于驱动能量的限制,需要加速薄壳来实现高收缩比内爆,内爆壳层在飞行过程中的动能将转换为阻滞时刻中心热斑的内能,从而最大限度的实现内爆增压。然而真实的内爆靶丸是多界面结构,多界面处发生的流体不稳定性增长容易导致强非线性流场与涡的产生和作用,将严重威胁到点火热斑的形成。多界面结构的壳层在收缩过程不同界面间的耦合反馈效应导致RTI扰动的复杂增长。目前这方面应用性基础研究在国际上还比较少,因此对多界面结构壳层在收缩过程中RTI非线性增长的物理认识还不清楚,许多基本问题有待于深入的研究。本文利用速度势理论对平面和柱几何多界面RTI线性和非线性增长以及收缩几何R... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：162 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１：重力场中瑞利－泰勒不稳定性示意图⑷，ＩＣＦ内爆靶丸中存在类似的ＲＴＩ现象（ｂ）

（ｃ）减速阶段，（ｄ）阻滞和燃烧阶段。来自参考文献：Ｗａｎｇ?ｅｔａＺ．，Ｓｃｉ．?Ｃｈｉｎａ－Ｐｈｙｓ．??Ｍｅｃｈ．?Ａｓｔｒｏｎ．?６０，?０５５２０１?（２０１７）．??图１．２中展示的是ＩＣＦ中心点火内爆不同阶段存在的流体不稳定性。如??图１．２（ａ）所示，当靶丸被激光辐照时，靶丸烧蚀产生冲击波经过靶丸外界面进??入到靶丸内部。图１．２（ｂ）中，靶丸被加速时在靶丸外界面处会存在ＲＴＩ的增长。??同时烧蚀面处的扰动与烧蚀层和燃料层分界面处的扰动会耦合（ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）到??壳层内接面处，为内界面处提供初始扰动种子。图１．２＾）中，在减速阶段内界??面处由于收缩几何效应和ＲＴＩ的耦合增长导致点火热斑变形。图１．２＜ｃ〇，中心热??斑形成而且热核聚变点火条件达到。当激光照射到靶丸上面并且壳层开始加速??前，由于靶丸表面的加工粗糙度不同将会有扰动冲击波进入到靶丸内。此时，??靶丸外界面（烧蚀面）会存在烧蚀ＲＭＩ（ＡＲＭＩ）丨４０］的增长。当扰动冲击波到达壳??层的内界面时，冲击波穿过自由面进入到靶丸中心区域。此时，壳层外界面??仍然受到ＡＲＭＩ的作用，而壳层内界面处受到的是经典ＲＭＩ（ＣＲＭＩ）［４１，４２］作??用。当冲击波经过内界面时会反方向产生稀疏波向壳层外界面传播。烧蚀面仍??然是ＡＲＭＩ的增长

２．２平面多界面ＲＴＩ线性增长??内爆靶丸通常包括烧蚀层和ＤＴ燃料层，中心处为低密度ＤＴ气体，如??图２．１（ａ）所示。本小节中分析了平面几何中四层无粘、无旋、不可压缩流体??三个界面处的ＲＴＩ扰动线性增长（第一层和第四层流体层为真空丨，对应着??图２．１⑷中的模型（初始低密度ＤＴ气体与中间高密度ＤＴ壳层相比可以忽略不??计）。解析求解得到了三个界面处的ＲＴＩ线性增长率以及扰动增长的线性解。??２．２．１控制方程和线性解??３７?ｕｍ?ＣＨ?（ａ＞?ｉｖ?Ｊ?（ｂ，??广?ｄ?＾?ｕｐｐｅｒ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｏ？（ｘ．ｔ）?”??／?０?＜）＞?＜ｄ／，?ｆｌｕｉｄ?ｗｉｔｈ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｐ０??ｍｉｄｄｌｅ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｎｍ（ｘ，ｔ）?＾??赛?－ｄ２＜ｙ＜〇＾?ｆｌｕｉｄ?ｗｉｔｈ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｐ／，??－ｄ２?＾???＾?ｌｏｗｅｒ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｎＭ??ｙ＜－ｄ２＞?ｖａｃｕｕｍ??图２．１：图（ａ）表示点火靶图形（来自文献［Ｓ］），图（ｂ）表示重力场中类似的两层有限厚度流体??的分布图。上层流体可看作ＣＨ层，下层流体可看作ＤＴ层。??如图２．１（ｂ）所示


本文编号：3436049