收缩几何流体不稳定性问题研究

Hydrodynamic instabilities in spherical and cylindrical geomytries are very important phenomena in fields of inertial confined fusion(ICF) implosion, Z-pinch implosion, supernova explosion and stellar and planetary formations. In this project, the crital issues of hydrodynamic instabilities in convergent geometries relating to the ICF implosion, supernova explosion and stellar and planetary formations are studied, mainly included: weakly nonlinear theoretical researches of hydrodynamic instabilities in spherical and cylindrical geometries,simulated researches of single- and multi-mode hydrodynamic instabilities in convergent geometries of complex plasma in high energy density(HEDP) field, experimental researches of hydrodynamic instabilities on a series of Shengguang laser sets. The evolvement of hydrodynamic instabilities in convergent geometries is very complicated in the HEDP plasma and is seldom studied in the world. This project pays more attention to the physical rule studies and takes advantage of our strong physical background on the HEDP hydrodynamic instability, national top-ranking conditions of the numerical simulation and the laser facility experiment, studies the critical and based issues and expects international innovative results. These results will support the researches of ignition target design, national defence, mechanism of supernova explosion and stellar and planetary formation.

球和柱收缩几何流体不稳定性是惯性约束聚变（ICF）内爆、Z-pinch内爆以及超新星爆炸或恒星行星形成过程中的重要现象。本项目研究ICF内爆、超新星爆炸以及原始恒星行星形成中收缩几何流体不稳定性的重要问题，主要包括：球或柱几何流体不稳定性问题的弱非线性解析理论研究、包含复杂高能量密度(HEDP)等离子体复杂过程的收缩几何流体不稳定性单模和多模模拟研究、神光系列装置的收缩几何流体不稳定性实验研究。由于HEDP条件下收缩几何流体不稳定性的复杂性，相关基础研究很少。本项目注重物理规律研究，利用已有HEDP流体不稳定性扎实物理基础、国内一流数值模拟条件和激光装置实验条件，开展关键基础问题研究，期待获得国际创新成果，促进我国ICF点火内爆研究和国防研究，促进超新星爆炸和原始恒星行星形成机制的研究。

本项目的研究工作基本按照原定的计划进行，完成了预期目标。. 球和柱收缩几何流体不稳定性是惯性约束聚变（ICF）内爆和超新星爆炸等过程中的重要现象。本项目围绕内爆中流体不稳定性重要问题开展研究工作，主要包括：球或柱几何流体不稳定性的弱非线性解析理论研究、有限厚度流体Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性弱非线性解析理论研究、高能量密度(HEDP)等离子体收缩几何流体不稳定性数值模拟研究、神光系列装置流体不稳定性实验研究。. 在解析理论研究方面，（1）获得了球几何中单模扰动RT不稳定性三阶弱非线性解析解；（2）获得了球几何中多模RT不稳定性二阶弱非线性解析解；（3）获得了收缩效应（Bell-Plesset效应）影响单模扰动流体不稳定性发展的三阶弱非线性解析解；（4）获得了平面几何中有限厚度流体RT不稳定性三阶弱非线性解析解。 . 在数值模拟研究方面，（1）建立了描述平面、柱和球几何薄层流体不稳定性界面变形及非线性演化的改进薄壳模型，获得了收缩几何内爆中非均匀驱动压力和扰动界面相互耦合发展直至非线性阶段的数值解；（2）完成了惯性约束聚变内爆聚心过程中流体不稳定性增长数值模拟研究，提出了一种新型驱动波形来延缓球内爆聚心收缩过程中内界面流体不稳定性增长；（3）完成了神光激光装置辐射烧蚀RT不稳定性增长实验的理论模拟研究和实验结果分析，获得了辐射烧蚀影响影响RT不稳定性非线性发展的物理认识。. 本项目研究获得的收缩几何不稳定性理论公式、烧蚀RT不稳定性非线性发展以及内爆减速阶段流体不稳定性发展的物理认识，具有重要科学意义，已经应用到我国激光惯性约束聚变设计中。