近年來,隨著對慣性約束聚變點火研究的深入,對該過程中的能量轉(zhuǎn)換及X射線產(chǎn)生的研究也越來越受到廣泛關(guān)注。X射線發(fā)射是間接驅(qū)動慣性約束聚變的關(guān)鍵過程,對靶丸的輻照和壓縮均有重要影響。針對激光間接驅(qū)動聚變,一般簡化為激光和固體靶相互作用的模型來研究激光-X射線轉(zhuǎn)換的過程。目前已經(jīng)有很多不同的方案被用于提升激光-X射線轉(zhuǎn)化效率,然而仍需要進(jìn)一步尋找方案以實現(xiàn)更高的激光-X射線轉(zhuǎn)換和更好的X射線能譜。與激光間接驅(qū)動不同,對Z箍縮驅(qū)動過程中能量轉(zhuǎn)換和X射線產(chǎn)生的研究仍需要更完備的數(shù)值模擬。本文旨在研究激光和Z箍縮這兩種間接慣性約束聚變中的能量轉(zhuǎn)換和X射線產(chǎn)生,針對間接驅(qū)動方式旨在提升激光-X射線轉(zhuǎn)換效率,針對Z箍縮驅(qū)動方式初步研究Z箍縮驅(qū)動方式中關(guān)鍵參數(shù)對能量轉(zhuǎn)換過程和X射線產(chǎn)生的影響。首先,我們提出利用雙束激光照射固體靶產(chǎn)生X射線的方案。使用一維輻射流體動力學(xué)程序Multi-1D對激光和固體靶相互作用過程進(jìn)行模擬。研究發(fā)現(xiàn),雙束激光打靶由于其更低的動能和內(nèi)能,可使整體的激光-X射線轉(zhuǎn)換效率相比單束激光情況有13%的提升。而且,雙束激光方案的X射線能譜在軟X射線范圍內(nèi)有明顯的提升,而M帶的X射線發(fā)射得到抑制。其次,我們編寫了Z箍縮零維模型程序,并將該程序與Multi-1D結(jié)合起來,對Z箍縮的X射線產(chǎn)生過程進(jìn)行了模擬,研究了絲陣內(nèi)爆和絲陣撞擊泡沫這兩個過程進(jìn)行了能量轉(zhuǎn)換并分析了關(guān)鍵參數(shù)如:峰值電流、絲陣線質(zhì)量、絲陣半徑、泡沫柱半徑和泡沫柱密度對于X射線產(chǎn)生的影響,研究發(fā)現(xiàn):電流峰值主要對絲陣內(nèi)爆動能產(chǎn)生影響,絲陣半徑和絲陣線質(zhì)量主要對絲陣內(nèi)爆過程影響嚴(yán)重,因為最佳線質(zhì)量的存在導(dǎo)致絲陣內(nèi)爆對于每一個絲陣和泡沫尺寸均存在最大動能,泡沫柱的存在會導(dǎo)致X射線的產(chǎn)生減小,但由于其對于黑腔的形成意義重大,所以一般尺寸不宜太小。
【學(xué)位單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TL61
【部分圖文】：

圖 1.1 慣性約束聚變兩種驅(qū)動方式示意圖。(a)直接驅(qū)動，(b)間接驅(qū)動示意圖[25]。1.1.1 激光間接驅(qū)動慣性約束聚變作為技術(shù)最為成熟的驅(qū)動方式，高功率激光驅(qū)動曾被認(rèn)為是最有可能實火的方式。激光間接驅(qū)動，如前所述，激光首先打到轉(zhuǎn)換體上，實現(xiàn)激光的轉(zhuǎn)換，一般間接驅(qū)動的轉(zhuǎn)換體使用黑腔結(jié)構(gòu)，材料使用高 Z 材料。黑的 X 射線對黑腔內(nèi)的靶丸進(jìn)行輻射燒蝕。類似于直接驅(qū)動的激光燒蝕，會造成靶丸表面的向外噴，由于這樣的外噴作用，對靶丸內(nèi)部進(jìn)行壓縮熱核聚變?nèi)剂蠅嚎s至高溫高密度的狀態(tài)，實現(xiàn)最終的點火燃燒。然而，隨著研究的不斷深入，科研人員逐漸意識到間接驅(qū)動聚變過程的這些過程涉及許多物理研究方向，如黑腔物理、內(nèi)爆物理和點火物理。主要包括激光與等離子體相互作用(涉及激光傳播與吸收、等離子體傳輸理、電子熱傳導(dǎo)、X 射線發(fā)射黑腔輻射均勻性)和輻射輸運(即輻射與物質(zhì))；內(nèi)爆物理包括輻射燒蝕、靶丸壓縮、流體動力學(xué)不穩(wěn)定性等過程；點及 粒子沉積、熱斑到周圍冷物質(zhì)區(qū)的電子熱傳導(dǎo)等過程。目前針對這些過

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文導(dǎo)致金屬絲的膨脹、熔解、氣化，形成等離子體套筒，這就是負(fù)載消融過程，如圖 1.2(a)所示；在等離子體內(nèi)流過的電流引起的角向洛倫茲力對等離子體套筒向中心軸進(jìn)行加速，這個過程中電磁能逐漸轉(zhuǎn)換成為等離子體套筒的動能和內(nèi)能，直至將等離子體套筒內(nèi)爆至中心泡沫柱位置，這個過程就是絲陣內(nèi)爆階段，如圖 1.2(b)所示；高速的等離子體套筒與中心泡沫柱碰撞，將動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，并產(chǎn)生強的 X射線輻射，如圖 1.2(c)所示；最后，泡沫柱內(nèi)的輻射均勻照射靶丸，之后的過程與上述的激光間接驅(qū)動慣性約束聚變中的過程類似。

圖 1.2 Z 箍縮內(nèi)爆過程的基本過程[26]。沖功率技術(shù)的要求較高，目前產(chǎn)生的電變帶來了新的希望。作為 Z 箍縮驅(qū)動聚斷在推進(jìn) Z 箍縮的發(fā)展[27]，從動態(tài)黑腔，這些結(jié)構(gòu)均致力于得到更好輻射狀態(tài)靶丸燒蝕過程的影響。圣地亞實驗室也]，如下圖 1.3 所示。國內(nèi)對 Z 箍縮間接驅(qū)研究，模擬研究主要著眼于輻射磁流體物理研究所編寫的三溫輻射磁流體程序號”和“聚龍一號”裝置上進(jìn)行，主要
【參考文獻(xiàn)】

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1 丁寧;張揚;寧成;束小建;肖德龍;;PTS裝置Z箍縮負(fù)載設(shè)計分析[J];物理學(xué)報;2008年05期

2 丁寧;鄔吉明;楊震華;符尚武;寧成;劉全;束小建;張揚;戴自換;;Z箍縮內(nèi)爆的MARED程序1維模擬分析[J];強激光與粒子束;2008年02期

3 王亮平,邱愛慈,蒯斌,叢培天,梁天學(xué),張眾,賈偉,郭寧;強光一號"加速器Z箍縮絲陣負(fù)載的零維模擬[J];強激光與粒子束;2004年02期

本文編號：2839323