X箍缩内爆动力学过程的物理特性及二维MHD数值模拟研究

X箍缩（X-pinch）等离子体是高质量的X射线辐射点源，非常适合作为X射线背光光源用来研究高密度材料中的瞬态现象，如应用于和受控核聚变相关的Z箍缩（Z-pinch）内爆等离子体的背光成像研究，因此X-pinch的研究具有重要的意义和广阔的应用前景。基于前期已开展的大量X-pinch诊断实验工作，本申请项目将建立描述X-pinch内爆动力学过程的自洽的二维磁流体力学（MHD）模型，并进行相应的数值模拟分析，得到内爆等离子体各参量的二维时空分布，细致地再现X-pinch内爆动力学的演化过程，并与X-pinch实验所获得的背光照相图像及相关诊断数据进行相互印证，深入研究X-pinch内爆动力学过程的物理特性，从而对X-pinch实验参数的优化设计等X-pinch应用中涉及的关键问题提供必要的理论指导。本项目研究结果将丰富X-pinch研究领域的基础理论和分析方法，具有重要的理论意义和应用价值。

X 箍缩（X-pinch）等离子体是高质量的X 射线辐射点源，非常适合作为X 射线背光光源用来研究高密度材料中的瞬态现象，如应用于与受控核聚变相关的Z 箍缩（Z-pinch）内爆等离子体的背光成像研究，因此X-pinch 的研究具有重要的意义和广阔的应用前景。基于前期已开展的大量X-pinch诊断实验工作，针对X-pinch内爆动力学过程的二维磁流体力学（MHD）模型的建立，本项目首先研究并确定了建模对象的区域、模型的初始时刻以及等离子体初始状态；针对X-pinch为三维空间内发展变化的复杂过程，提出采用两个二维MHD模型进行简化分析——在X-pinch两丝交叉平面内的二维（r, z）轴对称模型，以及在垂直于对称轴的平面内描述箍缩动力学行为的二维（x, y）模型；构建了采用二维三温辐射磁流体力学方程组描述的X-pinch内爆动力学过程模型；在欧拉-拉格朗日算法的基础上提出对数值模拟方法的改进，针对所建立的二维（r, z）模型和二维（x, y）模型开展了前期探索性的数值模拟研究。研究成果丰富了X-pinch研究领域的基础理论和分析方法，具有重要的理论意义和应用价值。