【摘要】：激光間接驅(qū)動慣性約束聚變(ICF)是世界發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)研究課題之一,因?yàn)镮CF所釋放出巨大的聚變能可以解決人類將遇到的能源危機(jī)問題。靶腔和靶丸的輻射對稱性是其點(diǎn)火的關(guān)鍵,而球形靶腔內(nèi)壁和球形靶丸表面輻射能流平衡方程的求解速度又直接影響到輻射對稱性分析的效率。因此,高效地求解輻射能流平衡方程是實(shí)現(xiàn)ICF的重要前提。本文針對如何提高輻射能流平衡方程求解效率的問題進(jìn)行了分析和研究。首先,因?yàn)樵诜�(wěn)態(tài)狀況下,球形靶腔內(nèi)壁和球形靶丸表面的輻射能量與吸收能量相等,所以基于視角因子算法,建立了關(guān)于球形靶腔內(nèi)壁和球形靶丸表面再輻射能流的平衡方程;其次,將球形靶腔內(nèi)壁和球形靶丸表面的網(wǎng)格面元離散化,分別按一定的順序排列,并在任意離散網(wǎng)格面元上建立輻射能流平衡方程。再次,由于輻射能流平衡方程組為非線性方程組,且為了滿足ICF仿真實(shí)驗(yàn)精度的要求,往往需要將離散網(wǎng)格面元劃分得比較小,從而導(dǎo)致方程組規(guī)模非常大,若采用傳統(tǒng)的迭代方法進(jìn)行求解,可能面臨時間較長,甚至無法求解的難題。針對這一難題,結(jié)合壓縮感知原理,本文提出了基于修正共軛梯度迭代硬閾值的高效求解再輻射能流方法,此方法的主要研究內(nèi)容如下:Ⅰ為提高輻射能流平衡方程的求解效率,首先發(fā)現(xiàn)球形靶腔內(nèi)壁和球形靶丸表面再輻射能流在球諧基上的稀疏特性,并通過實(shí)驗(yàn)得出了再輻射能流在滿足精度情況下的球諧展開階數(shù)和稀疏度;然后使用拉丁超立方采樣方法,利用隨機(jī)采樣計算公式,分別計算出球形靶腔內(nèi)壁和球形靶丸表面離散網(wǎng)格面元的觀測次數(shù);最后將關(guān)于再輻射能流大規(guī)模的非線性方程組進(jìn)行壓縮,將其轉(zhuǎn)化為關(guān)于少量稀疏系數(shù)的非線性系數(shù)方程組,從而極大地節(jié)省方程組求解時間和所占內(nèi)存。Ⅱ較優(yōu)的重構(gòu)算法也是方程組加速求解必不可少的一部分。針對迭代硬閾值(IHT)和正規(guī)化迭代硬閾值(NIHT)等重構(gòu)算法在重構(gòu)非線性壓縮感知上效率的不足的問題,結(jié)合共軛梯度迭代硬閾值(CG-IHT)算法,提出了可以減少雅克比系數(shù)矩陣更新次數(shù)的修正共軛梯度迭代硬閾值(MCG-IHT)算法。通過相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)對其進(jìn)行了驗(yàn)證,提出的重構(gòu)算法相較于傳統(tǒng)迭代方法可以提速4~90倍不等。當(dāng)離散網(wǎng)格面元規(guī)模越大時,其加速比也越大�；谝陨涎芯�,在IRad3D仿真軟件上運(yùn)行輻射對稱性分析的仿真優(yōu)化實(shí)例。最后,通過應(yīng)用此實(shí)例驗(yàn)證了MCG-IHT算法的有效性和可靠性。
【圖文】：

1.2.1 激光輻射對稱性的國內(nèi)外現(xiàn)狀由 Albert Einstein 在 1917 年提出的光的受激輻射理論，加速了激光的發(fā)展。1960年，T.H.Maiman 實(shí)驗(yàn)演示了第一束具有極高能量密度的激光，這一成就在各國引起了轟動，廣大的科研人員也對此展開了深入的研究。1964 年，N.G.Basov、王淦昌[10-11]等科學(xué)家獨(dú)立提出了激光聚變的概念并實(shí)現(xiàn)了熱核聚變，慣性約束聚變研究興起。1972 年，多路激光直接均勻地輻照靶丸（稱為直接驅(qū)動）由美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）的 Nuekolls 在 Nature期刊[12]上提出，1975 年，LLNL 實(shí)驗(yàn)室又提出了多路激光間接驅(qū)動靶丸內(nèi)爆概念[13]。由以上描述可知，實(shí)現(xiàn)激光聚變主要有直接驅(qū)動和間接驅(qū)動兩種途徑，如圖 1-1 所示。由于激光直接驅(qū)動很難控制激光束均勻地照射燃料靶丸，所以其不利于 ICF 實(shí)驗(yàn)的順利完成。激光間接驅(qū)動方式要先輻照在黑腔內(nèi)壁，一部分能量被黑腔內(nèi)壁吸收，另一部分能量向各個方向輻射 X 光，輻射出的能量趨于各向同性，所以激光能夠均勻地驅(qū)動靶丸，可以滿足靶丸驅(qū)動對稱性的要求。

圖 2-1 球形靶腔和球形靶丸 ICF 內(nèi)爆示意圖ure 2-1 ICF implosion diagram of spherical cavity and spherical capsul接驅(qū)動 ICF 實(shí)驗(yàn)中，中心球形靶丸表面的再輻射能流分布的實(shí)驗(yàn)成功的決定性因素，通過大量實(shí)驗(yàn)研究表明，要想成功爆這一目標(biāo)，中心球形靶丸表面的驅(qū)動不對稱性必須不超過（中國工程物理研究院激光聚變研究中心、中科院上海光學(xué)究激光慣性約束聚變的主要裝置，根據(jù)研究的需要，激光裝光入射的參數(shù)，本文選取的球形靶腔（兩端注入激光，不是也為球形的燃料靶丸，如圖 2-1 所示，八個激光束從兩個端中，并與腔壁上的高 Z 材料相交。激光輻射間接驅(qū)動 ICF 實(shí)驗(yàn)的效率和材料的使用率，往往需模軟件上建立幾何模型進(jìn)而在計算機(jī)上做仿真實(shí)驗(yàn)。在圖 在球形靶腔內(nèi)壁和球形靶丸表面形成了光斑區(qū)（初級光源，
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN249

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2666145