氘氚燃料低温整体点火条件及阈值研究

With theoretical and numerical methods, we will study the problems on low-temperature volume ignition of DT fuel. The law and the process of the volume ignition will be discussed. At the same time, the temperature and compression threshold of volume ignition will be given. (1) With local thermodynamic equilibrium approximation and nonlinear theory，We will analyze the law of the dynamical process and volume ignition.(2) Using characteristic time scale of compression and pre-assembled fuel model, the temperature and compression condition of volume ignition will be estimated and the threshold of the fusion will be calculated. (3) The ignition and fusion of DT fuel will be simulated with 3TSN program. Some methods to reduce the condition of volume ignition will be studied. (4) Associating the characteristic of the volume ignition of DT fuel with target driven by Z-Pinch and the DT fusion of weapon, the application of low temperature volume ignition will be researched. This study can be used for understanding the volume ignition process of weapon fusion and treated as theoretical basis of ICF volume ignition target design.

本研究采用理论研究和数值模拟方法，开展氘氚燃料低温整体点火条件和阈值相关问题的研究，旨在探索氘氚燃料整体点火规律，分析低温点火条件，建立点火阈值图像。第一，通过局域热动平衡理论，结合非线性动力学原理，分析氘氚燃料整体点火时刻动态发展过程及规律；第二、利用压缩点火过程特征时间，结合拼装模型，研究氘氚燃料整体点火的温度及压缩条件，给出点火阈值规律；第三、使用三温SN总体程序开展整体点火靶点火过程的研究，探索降低点火条件的方法；最后，根据氘氚整体点火特点，结合Z箍缩驱动条件下点火靶和武器物理点火过程，研究低温整体点火工程应用问题。本研究不仅可较全面理解武器物理氘氚整体点火燃烧的动力学过程，而且为惯性约束聚变中的整体点火靶设计提供理论支持。

本课题针对惯性约束聚变（ICF）中的基础问题，研究整体点火相关基础理论和反应动力学过程，探索整体点火的低温点火条件和阈值。我们研究了氘氚燃料整体点火规律，分析低温点火条件，建立点火阈值图像，寻求低温条件下实现氘氚燃料整体点火的条件和阈值。.课题的研究内容包括：（1）分析了燃料区热核反应放能、辐射耗散及界面做功等物理量之间的关系，建立了整体点火模型点火阈值判断方法及低温点火条件，给出了点火阈值与模型结构、驱动形式及包裹材料等因素之间的关系；（2）利用三温辐射流体总体程序详细计算系列点火模型，建立研究整体点火原理的预拼装模型；从热核反应区能量关系出发，通过能量平衡方法结合非线性动力学原理，给出与整体点火条件相关的各物理量的关系；（3）对氘氚燃料整体燃烧条件深入研究, 利用燃料区能量方程结合流体力学过程和辐射过程，给出了点火点附近物理参量对燃料燃烧的影响关系；第四、通过一维三温程序模拟挡光条件下氘氚点火过程，考察了中高Z阻热材料、状态方程、不透明度、中子能量沉积及冲击波过程等因素对点火点的影响。第五，研究了柱形燃料结构整体点火阈值分析。该成果对于柱形燃料的点火和设计具有非常重要的意义，为Z箍缩驱动的点火靶研究和设计提供非常好的借鉴。.本研究取得的成果不仅有助于正确把握惯性约束聚变热核点火和燃烧过程，明确设计方向，而且在国防科技领域具有十分重大的应用价值；同时，本研究所取得的研究成果对于其它聚变系统而言，也有十分重要的参考意义，有助于推动和促进热核聚变开发相关领域的研究。另外，由于本研究采用不同的物理近似和数值方法考查了不同物理模型的内爆和点火过程，可以为进一步发展高维总体程序奠定可靠的物理研究基础。