【摘要】：慣性約束聚變(Inertial Confinement Fusion,ICF)能產(chǎn)生巨大的清潔能源,被認(rèn)為是解決未來(lái)能源危機(jī)的重要途徑之一。良好的靶丸驅(qū)動(dòng)對(duì)稱(chēng)性是實(shí)現(xiàn)激光間接驅(qū)動(dòng)ICF實(shí)驗(yàn)點(diǎn)火成功的重要條件。驅(qū)動(dòng)對(duì)稱(chēng)性分析涉及到求解非線性的視角因子輻射能流方程模型,為達(dá)到規(guī)定精度,離散面元的尺寸通常很小,以致其方程數(shù)量非常大,求解過(guò)程需要進(jìn)行大量密集計(jì)算,導(dǎo)致求解效率低。本文以ICF中圓柱腔-球靶丸模型的輻射對(duì)稱(chēng)性為研究對(duì)象,為提高其評(píng)估效率,進(jìn)行了如下研究工作:1)受圓柱黑腔內(nèi)壁輻射面幾何形狀的影響,不同輻射面上的輻射能流通常呈現(xiàn)出不同的分布規(guī)律,這種具有多種分布特點(diǎn)的輻射能流很難在單一正交基上表現(xiàn)出良好的稀疏性。針對(duì)這一問(wèn)題,提出使用多組正交基分別表示具有不同分布特征的輻射能流的方法,即利用球諧多項(xiàng)式表示靶丸表面的輻射能流、構(gòu)造環(huán)形澤尼克多項(xiàng)式表示圓柱腔端面的輻射能流、構(gòu)造勒讓德-傅里葉多項(xiàng)式表示圓柱腔側(cè)面上的輻射能流。該方法只需少量多項(xiàng)式低階展開(kāi)項(xiàng)即可精確地表示輻射能流,消除了大量冗余信息,實(shí)現(xiàn)方程規(guī)模的縮減。根據(jù)輻射能流在三組正交基上的稀疏先驗(yàn)信息,耦合各輻射面對(duì)應(yīng)的能量平衡方程,構(gòu)建關(guān)于稀疏系數(shù)的輻射能流稀疏表示模型,通過(guò)對(duì)該模型進(jìn)行少量非相關(guān)采樣,建立非線性輻射能量壓縮觀測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)模型的壓縮。2)由于輻射能量壓縮觀測(cè)模型是非線性的,使用已有壓縮感知重構(gòu)算法求解存在迭代次數(shù)多、求解時(shí)間長(zhǎng)及魯棒性差等問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題,提出共軛梯度硬閾值追蹤(CGHTP)算法高效求解輻射能量平衡方程。該算法使用硬閾值函數(shù)和最小二乘法更新稀疏系數(shù),優(yōu)化了支撐集挑選策略;采用梯度、共軛梯度交替尋優(yōu)的方式加速算法收斂,大幅減少迭代次數(shù)。為了減少總求解時(shí)間,設(shè)計(jì)了一種內(nèi)外循環(huán)迭代求解框架求解非線性壓縮觀測(cè)模型,外循環(huán)對(duì)非線性系統(tǒng)做線性化逼近,內(nèi)循環(huán)使用重構(gòu)算法以少量迭代次數(shù)精確求解外循環(huán)的線性問(wèn)題,該方法可以盡可能減少迭代過(guò)程中計(jì)算量大的雅克比矩陣和感知矩陣的更新次數(shù),提高模型求解效率。仿真實(shí)驗(yàn)表明400項(xiàng)球諧多項(xiàng)式、325項(xiàng)環(huán)形澤尼克多項(xiàng)式和1225項(xiàng)勒讓德-傅里葉多項(xiàng)式即可精確表示輻射能量(表示誤差小于3×10~(-4));稀疏度為200時(shí),輻射能流重構(gòu)誤差小于1×10~(-3),驗(yàn)證了輻射能流在三組正交基上良好的稀疏性。相較于傳統(tǒng)迭代方法中的預(yù)處理共軛梯度法,CGHTP算法在求解輻射能量時(shí)總的求解效率提高了10-80倍,且隨著方程規(guī)模的增加,這種優(yōu)勢(shì)愈加明顯;相較于同類(lèi)壓縮感知重構(gòu)算法,其所需迭代時(shí)間大幅減少,且求解結(jié)果更加精確、穩(wěn)定,驗(yàn)證了CGHTP算法優(yōu)越的性能。最后將本文方法集成到ICF仿真軟件IRad3D中,以神光-II和神光-III中兩種圓柱腔靶模型為例,進(jìn)行輻射對(duì)稱(chēng)性實(shí)例分析,驗(yàn)證了本文提出方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TL632
【圖文】：

廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文于視角因子的輻射能量平衡分析方法來(lái)評(píng)估靶丸輻射區(qū)域的輻射能量映射到離散面元上，由于每，以此對(duì)每個(gè)面元構(gòu)建能量平衡方程，通過(guò)求解布來(lái)評(píng)估輻射對(duì)稱(chēng)性。為達(dá)到較高精度，面元尺程規(guī)模急劇增大。面元之間的復(fù)雜能量交換過(guò)程致不同面元的反照率呈現(xiàn)出非線性特點(diǎn)，致使能及非線性的特征。使用傳統(tǒng)迭代法求解時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)通計(jì)算機(jī)上求解，無(wú)法滿足大多數(shù)研究人員的研量、縮減方程求解規(guī)模，大幅提高輻射對(duì)稱(chēng)性分計(jì)優(yōu)化亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。黑腔 靶丸激

如圖 2-1 所示，圓柱形或方形的高Au）的靶腔內(nèi)壁，形成橢圓形或方形的能量與腔壁材料反應(yīng)產(chǎn)生軟 X 光，軟 X射與散射，隨著時(shí)間的推移，腔內(nèi)的輻射燃料靶丸不斷吸收輻射能量，急劇壓縮聚變反應(yīng)。靶丸表面的接受的輻射均勻的重要因素之一，為實(shí)現(xiàn)燃料靶丸成功99%。由于腔內(nèi)激光-等離子體的相互作學(xué)過(guò)程引起的不穩(wěn)定性，再加上受靶腔的輻射能量并不能均勻的輻射燃料靶丸[21]。因此，在靶丸和靶腔結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)保 ICF 實(shí)際試驗(yàn)的成果尤為重要。

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本文編號(hào)：2724246