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超热电子能量沉积的Fokker-Planck方程模拟
张华, 李明强, 彭力, 何民卿, 吴思忠, 周沧涛
计算物理    2023, 40 (2): 222-231.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8614
摘要76)   HTML12)    PDF (6200KB)(888)   

围绕超热电子在高密度等离子体中传输和能量沉积问题, 从相对论粒子碰撞基本物理出发, 综合考虑相对论库伦碰撞和集体效应下等能量损失过程、背景等离子体电子回流和升温过程, 建立超热电子相对论Fokker-Planck混合模型; 构造直角-动量球坐标系下Fokker-Planck方程的有限体积算法, 通过计算单能电子束在高密度等离子体中能量沉积和磁场产生过程, 验证数值模拟程序。针对激光惯性聚变中超热电子的预加热效应, 计算超热电子能量为单能和双麦氏分布情形下在靶丸中的能量沉积占比。

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混合驱动中直驱激光焦斑尺寸对点火性能的影响
李志远, 李纪伟, 王立锋, 戴振生, 谷建法, 何民卿, 吴俊峰, 叶文华, 贺贤土
计算物理    2023, 40 (2): 189-198.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8619
摘要53)   HTML5)    PDF (7055KB)(632)   

研究针对混驱点火模型, 保持直驱激光能量不变, 针对1 200, 1 400和1 500 μm直驱光焦斑尺寸, 采用数值模拟, 研究其对点火性能的影响。研究表明: 直驱光焦斑尺寸是影响混驱点火性能的敏感因素。1 500 μm焦斑尺寸可实现近一维点火。1 400 μm焦斑尺寸放能接近一维放能的40%。1 200 μm焦斑尺寸点火失败, 仅仅处于燃烧等离子体状态。分析表明, 1 200 μm焦斑尺寸条件下点火失败的原因是: 其产生的局部强光强和高驱动不对称性, 会导致燃料熵增加及燃料面密度扰动增加。燃料熵的增加将会降低燃料压缩性, 不利于创造高温高压点火条件, 形成的燃烧波较弱。燃料面密度扰动增加会导致燃烧后壳层不稳定性剧烈增长。推断在小焦斑尺寸条件下, 弱燃烧波及高燃料面密度扰动增长, 会导致高密度尖钉难以被有效点燃, 无法形成升温与燃烧的正反馈。同时, 燃料区域内界面不稳定性发展产生的尖钉结构将降低热斑温度, 产生的气泡结构将引起热斑体积迅速变大, 导致热斑快速降温乃至点火失败。

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混合驱动下高熵高内爆速度中心点火靶设计
李纪伟, 王立锋, 李志远, 陈耀桦, 许琰, 何民卿, 李斌, 吴俊峰, 叶文华, 贺贤土
计算物理    2023, 40 (2): 181-188.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8626
摘要62)   HTML7)    PDF (4694KB)(882)   

报道混驱点火靶设计的最新进展,给出高熵(> 3.0)高内爆速度(> 400 km·s-1)的中心点火靶设计。首先利用两台阶的间驱辐射波形(峰值温度为200 eV)烧蚀和预压缩靶丸;然后用功率为340 TW的直驱光和间驱共同作用驱动靶丸内爆。混驱下的“推土机”效应把辐射烧蚀的冕区等离子体堆积成高密度平台,产生高达500 Mbar以上的驱动压力,实现了高熵(约为3.4)高内爆速度(约为425 km·s-1)下的中心点火靶设计,对应热斑压力在200 Gbar左右,收缩比只有23倍。二维模拟热斑界面处中线性增长因子 < 10,表明该靶设计更容易形成健壮的点火热斑。

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电子束能量沉积的相对论Fokker-Planck方程的计算方法
张华, 吴思忠, 周沧涛, 何民卿, 蔡洪波, 曹莉华, 朱少平, 贺贤土
计算物理    2017, 34 (5): 555-562.  
摘要537)   HTML2)    PDF (1340KB)(1230)   
针对相对论电子束在高密度等离子体中的能量沉积过程,建立三维动量空间中快电子能量沉积的相对论Fokker-Planck方程的可计算物理模型,构造数值算法并研制数值模拟程序.通过与解析模型和蒙特卡罗模拟相比较,验证数值方法和程序的可靠性.在二维动量空间的模拟基础上,通过计算能量区间为0.5 MeV~3.5 MeV的快电子在背景密度为300 g·cm-3的氘氚等离子体中的能量沉积过程,发现由于碰撞效应使平均散射角趋近平衡,三维动量空间计算快电子连续射程和穿透深度与二维结果基本一致.
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球坐标动量空间下相对论Vlasov方程的数值算法
张华, 吴思忠, 周沧涛, 何民卿, 蔡洪波, 曹莉华, 朱少平, 贺贤土
计算物理    2017, 34 (5): 543-554.  
摘要642)   HTML1)    PDF (2635KB)(1482)   
针对相对论Vlasov方程动量区间跨度大、难以计算的困难,将相对论Vlasov方程在球坐标动量空间中进行数值求解.对相对论Vlasov方程球坐标动量空间构造4阶非分裂守恒型数值格式.数值模拟相对论Landau阻尼问题并与解析理论进行比较,验证数值模型和算法的有效性.对激光等离子体相互作用进行初步模拟分析,表明通过采用球坐标下的动量空间,可在相对较少动量网格情形下,获得与粒子模拟可相互验证的结果.
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