惯性约束聚变条件下的冲击波波面微观结构数值研究

The propagation of shock waves is a key physical process in implosion of inertial confinement fusion(ICF). An intensive study of the propagation features of shock waves in target and non-equilibrium processes in shock wave front would provides helpful reference to the hydrodynamics simulation of implosion processes. The electronic excitation effects will play a remarkable role in shock waves under the typical states of ICF, while the classical molecular dynamics method is unable to consider the electronic excitation effects for lack of description of electronic structure. This project would conduct the numerical simulations of shock waves propagating in the fuel and ablator material of ICF. The transport features of hot electron in shock wave system of dense deuterium and the impact that hot electrons make on shock compression would be investigated. The key physical quantities and processes in the shock wave system of polyethylene , such as shock hugoniot, molecular structure, electronic excitation and cluster formation, would be studied preliminary. The completion of this project would deepen the understanding of shock waves propagation features under the typical situation of ICF and provides helpful reference to the design of the ICF implosion.

冲击波在靶丸内的传播过程是惯性约束聚变内爆过程中的关键物理过程，对靶丸内冲击波的传播特性以及冲击波波面处非平衡物理过程的细致研究能够为内爆过程的流体模拟提供有益的参考依据。对于惯性约束聚变典型状态下的冲击波，电子的激发效应会非常显著。由于缺少了对电子结构信息的描述，传统的冲击波体系研究工作所采用的经典分子动力学方法不能对冲击波体系中的电子激发效应进行考虑。本项目将引入半经典的电子力场方法对惯性约束聚变典型条件下的冲击波体系开展研究，实现燃料层和烧蚀层材料中的冲击波传播过程的数值模拟工作。探究超热电子在稠密氘冲击波体系中的输运过程特性以及对冲击压缩过程的影响；并对聚乙烯冲击波体系中冲击雨贡纽、分子结构、电子激发以及波后的团簇形成等关键物理量和物理过程开展研究。本项目的完成将进一步提高对惯性约束聚变典型状态下冲击波传播特性的认识，为惯性约束聚变的内爆方案设计提供有益的参考。

冲击波在惯性约束聚变内爆过程中具有基础性的地位，对靶丸材料中超强冲击波传播特性的细致研究能够加深我们对极端条件下内爆物理过程的理解，为聚变方案设计提供有益的参考。超强冲击波作用下，电子的激发效应将使得冲击作用过程进一步复杂。本项目通过基于第一性原理的半经典电子力场方法对惯性约束聚变典型条件下冲击体系中的关键物理过程开展数值模拟研究。探究了热电子在温稠密氘体系内的阻止本领问题，研究结果中阻止本领与氘等离子体温度的依赖关系与常用的等离子体理论模型预测呈现出相反的趋势，揭示了温稠密物质中局域电子结构对阻止本领的关键效应。数值模拟了碳氢材料在强冲击作用下的化学键断裂与重组的动力学过程，并对冲击波波面附近的非平衡动力学效应以及电荷分离现象开展了分析。本项目研究工作的开展有利于进一步加深对惯性约束聚变内爆中各类复杂物理过程机理的理解，强化内爆方案设计能力。