编制了二维非平衡激光靶耦合程序LARED-H的后处理程序,利用LARED-H计算的黑腔内等离子体状态量,求解定态多群光子输运方程,算出到达激光入射口的辐射强度及等效辐射温度.计算结果与神光-Ⅱ黑腔实验测量结果进行了比较.

简要描述了激光在等离子体中传播的三维光路方程的追踪解法,同时对电子热传导中的热流以及非平衡束缚电子占据概率速率方程组给出了一种简便解法.应用这些方法和新近发展的LARED H程序,对激光辐照金(Au)圆盘和圆环靶进行了二维模拟,给出了靶等离子体的合理的二维行为特征.

针对激光腔靶中等离子体流场的复杂性,提出了一种网格的自适应算法以及活动网格方法。应用这些方法在不同的腔靶上进行了一些数值计算。得到的结果表明,这些数值方法是有效的。

讨论了激光靶耦合数值模拟中电子-辐射能量交换项的处理。为了克服它给三温方程求解带来的困难,在非平衡区(T_e>T_r)和接近平衡区(T_e~T_r)采用了不同的能量交换项形式。此外,由于接近平衡时的能量交换项用辐射平均自由程表示,避免了此时计算束缚电子占据概率不准确的问题。

对激光与高Z靶耦合主要物理过程,其中包括激光吸收,电子热传导,等离子体运动,非平衡原子物理,X光转换和辐射输运等现象的数值模拟作了全面的概括性描述。提出了总体微分方程组,建立了差分计算格式和求解方法,给出了程序数值计算的结果。

研制了激光等离子体二维相对论电磁粒子模拟程序(2DCIC)。追踪几万甚至百万个模拟粒子在外加激光场和自洽场中运动,自洽地计算电荷和电流密度,求解完全的Maxwel方程,电子的相对论运动方程和离子的牛顿运动方程,辅以灵活的诊断研究波-波,波-粒子相互作用的发生、发展和饱和的细节以及时间演化规律。激光可以正入射,也可以斜入射;等离子体可以是均匀密度,也可以具有密度梯度;为了节约机时,还发展了并行运算。物理模型参数可调,既适用于研究激光聚变等离子体相互作用,也适用于超短脉冲超强激光等离子体相互作用和其它等离子体问题。经过多次试算检验,对等离子体平衡态进行了计算研究,对于超短脉冲超强激光的传播也进行了初步模拟计算。

1精密计算与Benchmark实验高强度激光和靶的耦合是一个非常复杂的问题,它包括激光的传播和吸收,激光烧蚀产生高温等离子体,靶物质的非平衡电离与激发,X光的发射和输运,激光驱动的高压冲击波的传播等。但是,这个问题是激光惯性约束聚变研究的基础,确切地了解有关规律和精确地数值模拟十分重要。

用神光-I激光装置柱型腔靶实测的辐射温度曲线作温度源,从理论上研究了辐射烧蚀和穿透铝平面靶的物理过程,给出了有关的定标定律和数值模拟结果。

本文对激光X光转换的主要物理过程和数值模拟程序概况作了概括性的介绍,给出了典型的物理图像和数值计算结果。在分析数值结果的基础上,对某些重要物理量作了规律性的研究,预估结果与实验测量值作了比较,它们在定性趋势和定量结果方面都符合得较为满意。

本文简要地描述了激光X光转换涉及的物理问题和重要物理过程,概括地介绍了数值模拟程序的规模。激光聚变有两种途经,用激光直接驱动氘氚靶丸,使其达到高温高密度,必须实现理想的球面内爆,这就要求激乐靶表面要有很高的均匀性。但是由于激光的相干性达到上述要求是很困难的。通常称这种方式为激光直接驱动。如果用激光产生的非相干的X光辐照靶丸表面,就可达到极好的均匀性,能够实现理想的球面内爆,这被称为激光间接驱动。激光X光转换是间接驱动惯性约束聚变的重要课题和关键技术。数值模拟和地下核爆的小囊试验指出,实现点火和中等增益的热核聚变要求激光器的输出能量5-10MJ,功率~100TW。这将是本世纪末和下一世纪的目标。但是现有高功率激光器产生的X光在近期有多方面的应用。如高功率X光激光的泵浦源,在实验室中辐射流体力学现象的研究,以及高温高密度靶围内物质性质的研究等等。因此研究激光产生X光的物理规律不仅有远景目标,而且有重要的现实意义。

本文利用多时标微扰论,对束缚电子占据概率方程组提出一种数值解法。它适用于高Z介质的低能级电子状态的计算。在适当的物理假设下,方法将P_n满足的刚性常微分方程组变为n_e和P_n满足的微分代数方程组。文中给出了计算公式和数值试验并与Gear方法作了比较。