激光聚变黑腔中的参量不稳定性过程及激光-X射线转化频谱特性研究

Parametric instabilities and laser to X-ray conversion processes in holhraum are crucial to inertial confinement fusion (ICF). We first develop a new parametric instabilities module for the radiation hydrodynamics code MULTI-IFE. With the new module, the influences of the stimulated Raman scattering(SRS) and stimulated Brillouin scattering(SBS) on laser energy deposition and distribution in holhraum are investigated. Tabulated databases of equation of state (EOS) and opacities of the fusion materials are calculated. Based on the databases, the target structure and laser parameters are optimized to enhance the laser absorption rate and the X-ray conversion efficiency. The uniformity of the irradiation is also improved further. The research may provide a useful reference for the future analytical and experiments study of the new laser ignition target and ICF.

激光聚变黑腔中的参量不稳定性过程及激光-X射线转化过程是惯性约束聚变(ICF)的重要研究内容。本项目首先开发完善辐射流体程序MULTI-IFE的参量不稳定性模块，建立MULTI-IFE程序对SRS、SBS等参量不稳定性过程的初步模拟能力，进而研究SRS、SBS等参量不稳定性过程对注入激光能量吸收及腔内激光能量沉积分布的影响；其次，完善并构建聚变关键材料的辐射不透明度及物态方程参数库，基于所构建参数库，优化黑腔靶构型及激光参数，改善激光-X射线转化频谱特性，提升辐射场均匀性。为新型点火靶方案及激光聚变的理论研究及实验设计提供参考与借鉴。

激光聚变黑腔中的参量不稳定性过程及激光-X射线转化过程是惯性约束聚变(ICF)的重要研究内容。本项目针对黑腔能量沉积问题，完善了一维辐射流体程序MULTI-IFE，建立了对受激拉曼散射和受激布里渊散射的初步模拟能力，并对激光-X射线转化等物理问题开展了细致的研究。首先，建立了能同时描述SRS和SBS过程，且适用性强的一维定性稳态模型。基于模型，设计了新的离散化算法，并完成了辐射流体程序MULTI-IFE参量不稳定性模块的开发。其次，基于开发的新模块，开展了激光能量沉积及激光X-射线转化过程研究，研究表明：在一定条件下，通过增加电子温度，能够有效的抑制SRS和SBS过程，提高注入激光的能量吸收；高等离子体密度能够降低SBS过程，提高腔内激光的能量沉积；研究了动态黑腔内部冲击波和辐射热波的时空分离现象，以及通过采用准球形黑腔替代圆柱形黑腔来进一步提高黑腔辐射场均匀性的可能性；获得了对激光驱动惯性约束核聚变涉及的高能量密度环境下，射流的产生机制和高能量密度射流的产生条件；建立了稠密磁化等离子体中的超热电子能量沉积机制的理论模型。此外，我们还取得了一系列关于激光尾波加速、阿秒电子串产生和正负电子对产生等方面的研究成果。本项目将为新型点火靶方案及激光聚变的理论研究及实验设计提供参考与借鉴。