首先对惯性约束聚变(ICF)遇到的流体力学界面不稳定性作了简要的分析;其次讨论了Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性在ICF中所起的作用;第三,根据一维数值计算结果,按照考虑密度梯度和烧蚀致稳的RT不稳定性增长的定标规律对不稳定性增长作了估计。最后在计算结果的讨论中,对有关实验测量提出某些倾向性的建议。

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。

介绍了二维流体力学不稳定性程序的FCT数值方法,数值模拟Rayleigh-Taylor和Richt-myer-Meshkov流体不稳定性,在线性阶段,与线性理论符合很好;在非线性阶段,与俄罗斯激波管实验的计算结果符合很好。计算结果表明:FCT方法有较高计算精度,给出了不稳定性发展的好的图象,适合于ICF烧蚀和内爆流体不稳定性问题的计算。

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。

在快裂变反应堆的临界问题和超临界系统动力学过程的分析中,几何曲率有重要的应用价值。本文用变分法解析求解了均匀裸椭球反应堆的几何曲率,并给出了较详细的推导过程。作为结果的实际应用,我们还把它推广到非均匀裸椭球反应堆和具有无限厚反射层椭球反应堆的情况。解析结果与二维数值模拟结果作了比较,符合得相当令人满意。

在黑洞靶设计中,外壳激光注入孔径的设计是一个关键问题。由于激光注入时,孔边缘物质被激光加热,产生等温膨胀,向孔内喷射物质,最终阻止激光进入,形成堵口现象,影响激光注入率。由于堵口问题的数值模拟是属于二维或三维问题,数值计算相当困难,在这里我们提出一个平面孔靶的简化物理模型。在相当犬的激光参量范围内,计算了堵口时间t_c以及注入分额与靶的几何参数、激光参数的关系。并且在数值计算的基础上得出注入分额与上述诸参量的经验公式,并给出阈值注入孔径与激光参量的经验关系。模型的部分计算结果与平面孔靶实验测量值作了比较,注入率在25%的范围内符合。

当物质被加热到高温时,特别是高Z元素都要产生多次电离。电离度对等离子体的很多性质都有重要影响。因此,为了解决等离子体的很多实际问题,需要寻求一种计算平均电离度的近似方法。在本文中,首先将文献[1]给出的Thomas-Fermi统计模型电离势的标度律和数值结果用函数逼近,给出了一个便于近似数值求解的解析表达式,然后利用文献[2]给出多次电离的近似计算方法,计算了Au元素LTE情况下的电离度,结果与平均离子模型的计算结果符合得很好。另外,我们将近似方法推广到non-LTE情况,根据电晕模型和碰撞-辐射模型对Au的电离度作了类似的计算。电晕模型的计算结果与文献[1]发表的数据符合得十分好;而碰撞-辐射模型的计算结果随着密度的降低趋近电晕模型的结果,而随着密度的升高趋近于LTE的结果。最后以图表的形式给出了Au元素电离度的所有计算结果及其比较。