首先对路径积分蒙特卡罗(PIMC)方法的基本原理进行详细介绍, 重点综述该方法处理费米系统的手段。然后对PIMC方法在计算多种体系的状态方程所取得的成果进行总结比较, 分析该方法的优点与不足。最后对PIMC方法未来的发展方向做出展望。

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。

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。

针对多束激光组成一个集束情况下的受激布里渊散射(SBS)开展数值模拟研究。激光采用多种不同的束匀滑手段, 模拟得到受激布里渊散射中的多种不同现象, 包括散射光的原路返回、共用离子声波和共用散射光波, 并针对这些现象给出物理解释, 部分结果得到了实验验证。

本文探索性地建立混合流体-PIC(particle-in-cell)模拟方法, 电子用无质量的流体描述, 多组分离子用PIC粒子描述; 流体运动通过求解电子磁流体方程组来获得, 电磁场通过求解Ohm定律和Faraday定律来获得。针对激光聚变等离子体条件, 利用混合流体-PIC模拟研究高能量密度条件下冲击波结构及其特性、流体力学界面不稳定性演化的影响等问题。混合流体-PIC物理建模为研究等离子体效应对冲击波和界面不稳定性的影响提供了新的研究手段。

本文针对典型激光聚变等离子体参数条件, 利用动理学粒子模拟程序研究横向磁场和激光带宽在抑制受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)中的作用。模拟发现横向磁场对非均匀等离子体中SRS的非线性自共振增强有显著抑制作用, 分析认为横向磁场作用于SRS激发的电子等离子体波(EPW)势阱中的俘获电子, 使它们在横向上加速, 对EPW造成非线性阻尼, 同时减小EPW的非线性频移量, 从而缩窄非均匀等离子体中SRS的自共振空间, 极大降低SRS反射率。在此基础上利用横向磁场抑制SRS的特性, 以及SBS增长对激光带宽的敏感性, 提出了利用横向磁场和宽带激光将SRS和SBS同时抑制在低反射率水平的方案。在采用数十特斯拉横向磁场和实验中易于达到的千分之一量级的激光带宽时以及慢性约束聚变(ICF)相关参数下, SBS和SRS的反射率都得到了有效抑制。