强脉冲激光驱动的点火离子源的产生及其能量沉积过程研究

For the scheme of ion fast ignition for inertial confinement fusion, the generation of the intense laser-pulse-driven ions and their energy deposition process in dense plasmas would be studied theoretically and using numerical simulations. We would like to study the ion beam parameter ranges and related physical methods that are suitable for fast ignition, and explore some new appropriate acceleration mechanisms. The methods for suppressing the instability would be suggested from optimizing both the laser pulse and target parameters. The energy deposition in the high dense plasma with high temperature would be studied in order to controll the energy deposition effectively, which would be helpful for providing the technical schemes and the valuable foundation for fast ignition.

针对惯性约束聚变中的离子束"快点火"方案，结合理论分析和数值模拟方法，研究超强激光与固体靶相互作用中点火离子源的产生及其在稠密等离子体中的能量沉积过程。研究适合离子束快点火的强流离子束参数范围及相关物理方案，探索适合点火的强流离子加速方案；通过优化激光脉冲和靶等相关参数探究抑制离子加速中的相关不稳定性增长的方法，提出稳定的离子加速方案；研究点火离子束在高温高稠密等离子体中传输时的能量沉积过程，为快点火方案中实现离子束流能量可控有效沉积并实现点火提供技术方案和理论参考。

项目主要围绕惯性约束聚变中离子束驱动的“快点火”方案，研究如何利用超强激光与等离子体相互作用产生点火离子源及其研究离子源在稠密等离子体中的能量沉积过程。主要研究内容包含程序设计和物理问题研究两部分。按照项目既定研究内容，取得的重要结果包括：.① 程序中修改了电流分配算法，采用高精度的四阶差分格式来计算电流和场。此外，添加了适合处理高密度等离子体的两体碰撞模块。.② 总结了离子束驱动“快点火”的物理方案，对点火参数进行了分析，同时评估了当前离子加速机制能否产生适合点火的离子束源，提出需要改进的问题。.③ 针对目前百太瓦飞秒激光器参数指标，面向离子束驱动“快点火”机制，提出了产生高品质离子束流多种方案和改进措施。.④ 研究了激光辐射压加速过程中不稳定性的产生机理、评估手段及抑制方案，提出稳定的离子加速方案。.⑤ 研究了高能质子束在高温高稠密等离子体中的输运过程和能量沉积过程。针对质子束驱动“快点火”方案，我们提出在氘氚燃料中混入重离子掺杂剂以实现入射质子制动功率的有效调节。.通过以上研究，我们获得了一系列重要结论和优化参数，成果均以学术论文的形式发表在国内外物理学学术期刊上。截止到目前，课题组依托该项目总共在国际重要学术期刊上发表标注该项目基金号的SCI论文27篇，培养或协助培养博士研究生3人，硕士研究生3人。通过该项目的研究，我们加深了对离子束驱动“快点火”的理解，并提出了产生点火离子源的多种手段和调控离子束能量沉积的方法，将为我国在惯性约束聚变点火的科学研究提供一定的理论参考和参量支撑。