高能量密度物理中的辐射烧蚀问题研究

辐射烧蚀是高能量密度物理中的重要物理现象，也是高能量密度物理实验的一种重要驱动方式。深入理解和把握辐射烧蚀的基本物理规律具有重要的物理意义和实际应用价值。本项目将通过数值模拟与理论分析相结合的方式，研究低Z材料的质量烧蚀速率、烧蚀压、辐射流体力学效率等与材料的辐射不透明度、状态方程等物性参数的关系；研究辐射源温度、能谱、时间行为等因素对铝/钛冲击波行为的影响，发展铝/钛冲击波诊断黑腔辐射场的方法；研究分析高Z材料的高压状态方程阻抗匹配实验对黑腔辐射源在温度、时间行为以及能谱方面的要求，探索高温辐射场驱动冲击波在高压状态方程实验上的应用前景。希望通过分析物理现象提炼物理规律，获得创新性研究成果，并对辐射烧蚀冲击波在黑腔辐射场诊断、高压状态方程实验方面的技术应用起到推动作用，对ICF点火靶丸烧蚀层材料的选取起到参考作用。

围绕高能量密度物理中低Z体材料在高温辐射场（等效温度为100~300电子伏）作用下的辐射烧蚀问题，进行了下述四个方面的研究，取得了创新性的研究成果，完成了预定的研究计划。.⑴研究了辐射不透明度和状态方程等物性对低Z材料的辐射烧蚀速率、烧蚀压、辐射流体力学效率等的影响，获得规律性认识: 质量烧蚀速率和烧蚀压都随材料不透明度的减小和定容比热的减小而增大，在烧蚀剩余质量比相同的情况下，辐射流体力学效率随材料不透明度参数的增加和绝热指数的增加而增大，受定容比热的影响很小。这些认识可为我国辐射驱动惯性约束聚变点火靶设计的材料选取提供理论指导；.⑵研究了中高Z杂质元素对低Z材料辐射烧蚀的影响，中高Z杂质可强烈吸收辐射场中的硬X射线，有效降低对流体未扰动区的预热作用，但同时降低了材料的质量烧蚀速率、提高了烧蚀面上密度梯度和温度梯度。在杂质总量不变的情况下，杂质浓度越低分布区域越宽则对高能X射线预热作用的抑制效果越好；.⑶分析了不透明度参数不确定度对“Al/Ti冲击波诊断激光驱动黑腔辐射场方法”的影响，表明辐射参数在10%的不确定度范围内对冲击波速度影响小于2%，处于诊断不确定度范围内；提出了“名义冲击波速度”的概念，使该方法更好的应用于实验分析；.⑷针对我国大型激光装置——神光III主机，探索了辐射烧蚀驱动的高Z材料厚靶状态方程实验的可行性，给出该装置驱动能力下厚靶铀材料阻抗匹配实验对黑腔辐射场的等效辐射温度、脉宽等参数的要求，并给出了三个从激光的功率、脉宽到黑腔以及状态方程靶的构形和尺寸的全面的优化设计。.上述部分研究内容已经发表在SCI刊物上，部分内容写成总结报告，并在国际国内会议上做了口头报告和/或张贴报告。该项目的部分创新性研究成果获得了省部级科技进步二等奖。