微结构与缺陷在激光聚变过程中的发展规律研究

Inertial-confinement-fusion(ICF) is one of the important approach to achieve nuclear fusion in laboratory, which has a great application potential to obtain sustainable and clean fusion energy. The United States of America, France and several other countries are currently committed to the research of ICF. There are a large amount of complex physical processes in indirect drive laser ICF, such as laser and plasmas interaction, laser and X-ray conversion, radiation ablation, electron thermal conductivity, charged particle transportation, hydrodynamic instability. The parameter space of target design is mainly restricted by laser energy, laser and plasmas interaction (LPI) and hydrodynamic instability(HDI). In a limited driving energy, LPI and HDI must be subtly designed and controlled. During this project, aiming at the microstructure and defect in the capsule fabrication process(such as bumps and grooves), we will investigate their evolution and growth mechanism of HDI in different processes. The research results will benefite us in laser fusion target designing.

惯性约束核聚变是实验室条件下实现核聚变的重要方式之一，在获取可持续洁净聚变能源方面有着巨大的应用前景。美国、法国等多个国家正致力于该项研究。激光间接驱动核聚变包含激光等离子体相互作用、激光X光转换、辐射烧蚀、电子热传导、带电粒子输运、流体不稳定性等复杂的物理过程。靶设计空间主要受激光器能量、激光等离子体相互作用(LPI)和流体不稳定性(HDI)的制约，在驱动能量有限的情况下，需要对LPI和HPI进行仔细的设计和控制。在本项目中，选取靶丸制造过程中出现的微结构和缺陷(如鼓包、沟槽等)为研究对象，对其在不同物理过程的不稳定性发展机理和规律开展研究，研究成果可以为激光聚变靶设计提供理论基础和设计参考。

惯性约束核聚变是目前实验室条件下实现核聚变的重要方式之一。尽管美国科学家在国家点火装置上开展的点火攻关实验遇到对称性调控和混合等问题，尚未能实现点火目标。包括美国、中国、法国、俄罗斯等多个国家的科学家一直未放弃努力，分析实验暴露的物理问题并寻求对策。本项目中，重点关注靶丸制造过程中出现的微结构和缺陷，研究不同内爆阶段流体力学不稳定性发展机理和规律，分析对点火靶性能带来的影响，为激光聚变把设计提供理论基础和设计参考。项目执行过程中，在弱非线性瑞利泰勒不稳定性增长理论、表面扰动发展规律模拟、驱动不对称性影响、扩散逼近输运方法、表面扰动和缺陷对混合的影响以及状态方程和辐射参数对内爆过程和性能的影响等方面，开展了理论分析和数值模拟研究。发表期刊论文10篇，其中SCI或EI收录7篇。若干研究成果已经倍靶设计工作采纳，为靶设计研究提供有力支撑。