慣性約束聚變（ICF）點火需要內爆高收縮比（收縮比定義為靶丸初始時刻外半徑與阻滯時刻熱斑半徑的比值）設計來達到中心熱斑點火所需要的條件,但是內爆殼層的分界面在加速和減速階段都會經歷瑞利-泰勒不穩(wěn)定性（RTI）。而RTI的非線性增長會破壞內爆殼層對稱性,引起中心熱斑嚴重變形,影響內爆壓縮,甚至導致點火熱斑熄滅。因此研究內爆收縮幾何中瑞利-泰勒不穩(wěn)定性的線性增長以及非線性發(fā)展規(guī)律是ICF中心點火的重要內容。ICF點火需要盡可能高的中心內爆壓力,由于驅動能量的限制,需要加速薄殼來實現(xiàn)高收縮比內爆,內爆殼層在飛行過程中的動能將轉換為阻滯時刻中心熱斑的內能,從而最大限度的實現(xiàn)內爆增壓。然而真實的內爆靶丸是多界面結構,多界面處發(fā)生的流體不穩(wěn)定性增長容易導致強非線性流場與渦的產生和作用,將嚴重威脅到點火熱斑的形成。多界面結構的殼層在收縮過程不同界面間的耦合反饋效應導致RTI擾動的復雜增長。目前這方面應用性基礎研究在國際上還比較少,因此對多界面結構殼層在收縮過程中RTI非線性增長的物理認識還不清楚,許多基本問題有待于深入的研究。本文利用速度勢理論對平面和柱幾何多界面RTI線性和非線性增長以及收縮幾何R... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：162 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１：重力場中瑞利－泰勒不穩(wěn)定性示意圖⑷，ＩＣＦ內爆靶丸中存在類似的ＲＴＩ現(xiàn)象（ｂ）

（ｃ）減速階段，（ｄ）阻滯和燃燒階段。來自參考文獻：Ｗａｎｇ?ｅｔａＺ．，Ｓｃｉ．?Ｃｈｉｎａ－Ｐｈｙｓ．??Ｍｅｃｈ．?Ａｓｔｒｏｎ．?６０，?０５５２０１?（２０１７）．??圖１．２中展示的是ＩＣＦ中心點火內爆不同階段存在的流體不穩(wěn)定性。如??圖１．２（ａ）所示，當靶丸被激光輻照時，靶丸燒蝕產生沖擊波經過靶丸外界面進??入到靶丸內部。圖１．２（ｂ）中，靶丸被加速時在靶丸外界面處會存在ＲＴＩ的增長。??同時燒蝕面處的擾動與燒蝕層和燃料層分界面處的擾動會耦合（ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）到??殼層內接面處，為內界面處提供初始擾動種子。圖１．２＾）中，在減速階段內界??面處由于收縮幾何效應和ＲＴＩ的耦合增長導致點火熱斑變形。圖１．２＜ｃ〇，中心熱??斑形成而且熱核聚變點火條件達到。當激光照射到靶丸上面并且殼層開始加速??前，由于靶丸表面的加工粗糙度不同將會有擾動沖擊波進入到靶丸內。此時，??靶丸外界面（燒蝕面）會存在燒蝕ＲＭＩ（ＡＲＭＩ）丨４０］的增長。當擾動沖擊波到達殼??層的內界面時，沖擊波穿過自由面進入到靶丸中心區(qū)域。此時，殼層外界面??仍然受到ＡＲＭＩ的作用，而殼層內界面處受到的是經典ＲＭＩ（ＣＲＭＩ）［４１，４２］作??用。當沖擊波經過內界面時會反方向產生稀疏波向殼層外界面?zhèn)鞑�。燒蝕面仍??然是ＡＲＭＩ的增長

２．２平面多界面ＲＴＩ線性增長??內爆靶丸通常包括燒蝕層和ＤＴ燃料層，中心處為低密度ＤＴ氣體，如??圖２．１（ａ）所示。本小節(jié)中分析了平面幾何中四層無粘、無旋、不可壓縮流體??三個界面處的ＲＴＩ擾動線性增長（第一層和第四層流體層為真空丨，對應著??圖２．１⑷中的模型（初始低密度ＤＴ氣體與中間高密度ＤＴ殼層相比可以忽略不??計）。解析求解得到了三個界面處的ＲＴＩ線性增長率以及擾動增長的線性解。??２．２．１控制方程和線性解??３７?ｕｍ?ＣＨ?（ａ＞?ｉｖ?Ｊ?（ｂ，??廣?ｄ?＾?ｕｐｐｅｒ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｏ？（ｘ．ｔ）?”??／?０?＜）＞?＜ｄ／，?ｆｌｕｉｄ?ｗｉｔｈ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｐ０??ｍｉｄｄｌｅ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｎｍ（ｘ，ｔ）?＾??賽?－ｄ２＜ｙ＜〇＾?ｆｌｕｉｄ?ｗｉｔｈ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｐ／，??－ｄ２?＾???＾?ｌｏｗｅｒ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｎＭ??ｙ＜－ｄ２＞?ｖａｃｕｕｍ??圖２．１：圖（ａ）表示點火靶圖形（來自文獻［Ｓ］），圖（ｂ）表示重力場中類似的兩層有限厚度流體??的分布圖。上層流體可看作ＣＨ層，下層流體可看作ＤＴ層。??如圖２．１（ｂ）所示


本文編號：3436049