烧蚀RT不稳定性中尖钉-气泡非线性相互作用机理研究

The ablative Rayleigh-Taylor (RT) instability in the laser driven implosion play a critical role in Inertial Confinement Fusion (ICF). The increase of the ablative RT instability, especially the evolution of the strong nonlinear stage, leads to ignition failure. At present, the study on the spike-bubble nonlinear interaction of ablative RT is not comprehensive. In this proposal, combining with our previous work on the ablative RT instability, we plan to continue the study by using the high precision numerical simulation and developing the methods of nonlinear physics. In order to solve the nonlinear physical problem in ablative RT instability, we further study the evolution of the spike & bubble and analyze the change of the vortex and energy in the nonlinear stage. The results can reveal the mechanism of bubble acceleration and spike growth, and obtain the vorticity and energy law of the nonlinear development of ablation RT. There is hope that the research can improve the understanding of rupture of ablation shell and formation of ignition spot, which also has important scientific significance and application value for the research on the actual ICF engineering.

激光驱动内爆过程中的烧蚀瑞利—泰勒(RT)不稳定性是惯性约束聚变(ICF)的关键基础问题。烧蚀RT不稳定性的增长，特别是强非线性发展会直接导致点火失败。目前，国际上对烧蚀RT不稳定性非线性物理增长过程，特别是其中尖钉—气泡阶段的研究还不够深入。本项目针对ICF内爆烧蚀RT不稳定性非线性发展过程中尚未明晰的物理问题，采用高精度的数值模拟计算，通过发展非线性物理的研究方法，在前期线性及弱非线性研究工作基础上，深入研究非线性阶段尖钉、气泡的运动规律，分析获得非线性阶段涡量及能量随时空的变化规律。本项目的顺利实施将会揭示烧蚀条件下气泡加速及尖钉增长机理，这将有助于理解ICF内爆中烧蚀壳层破裂以及非均匀点火热斑的形成过程，提高对激光烧蚀RT不稳定性非线性演化规律的物理认识，对于实际惯性约束聚变工程有重要的科学意义和应用参考价值。

激光驱动惯性约束聚变(ICF)是人类有望解决终极能源问题的一项重要工程，一直受到国际社会的普遍重视，更是科学研究的前沿热点。流体力学不稳定性是ICF内爆研究的关键基础问题。现阶段的研究表明，对ICF内爆过程中高能量密度流体力学不稳定性引起的非线性流动是实现该项工程的最大科学障碍（属于内禀困难）。本项目研究的烧蚀瑞利-泰勒(RT)不稳定性问题就是一种发生在ICF内爆物理中的高能量密度流体力学不稳定性。项目针对ICF内爆烧蚀RT不稳定性非线性发展过程中尚未明晰的物理问题，采用高精度的数值模拟计算，通过发展非线性物理的研究方法，深入研究非线性阶段尖钉、气泡的运动和涡量及能量随时空的变化。本项目研究工作获得以下三个方面的成果。1)优化并建立了考察烧蚀强弱对RT不稳定性增长的流场变化模型计算程序，通过该程序的计算能跟踪并获得各种条件下的尖钉、气泡增长规律;2) 从尖钉、气泡的增长规律角度，获得了烧蚀强度、扰动波长及烧蚀速率对烧蚀RT不稳定增长的影响结果;3)获得了非线性增长过程中的动能、势能及内能和涡量的物理变化图像及规律。本项目研究获得的相关物理成果，为惯性约束聚变内爆物理研究和设计提供了一些基础物理认识，从而对实际ICF工程有着一定的科学意义和应用参考价值。