二、HEDP研究的技术条件.ppt

高能量密度物理及应用 贺 贤 土 中国工程物理研究院 二○○七年十二月 一、 HEDP--新的物理学领域 二、 HEDP研究的技术条件 三、 HED条件下的物质特性 四、 粒子加速和强场物理 五、 ICF和实验室天体物理 六、 结论和看法 一、高能量密度物理--新的物理学领域(1） 高能量密度（HED）通常指能量密度大于 105J/cm3，即压力超过1Mbar(=105J/cm3=1011J/m3)，例：氢原子玻尔半径处电场对应的HED；材料模块冲击波压缩产生的电离能量密度。 ? HEDP涉及到物理学此前研究中没有涉及到的大量 新的现象和认识： ——实验室中极端条件下的物质结构和运动形式； ——天体物理学观察到前所未认识的、新奇的 绚丽多彩的现象。 ? HEDP改变了某些传统的物理学观念和修正了某些模型近似（量子力学的、经典的和相对论的）。典型的HED系统常常是：集体效应（大量自由度被激发）占了主导，非线性效应重要；部分和完全退化态; 复杂的可压缩流体动力学; 高剥离的原子态（库仑场被严重畸变)；有质动力导致热压力完全不重要，等等。 一、高能量密度物理--新的物理学领域（3） 二、HEDP研究的技术条件 (1) 1．高能量、高功率驱动器的建造和使用 二、HEDP研究的技术条件 (2) 日本： GEKKO-XII约2.5ns,8 kJ绿光 ? 约1kJ(~0.5ps)泊瓦激光装置 中国： ? SG-II激光器（8束,1ns,3kJ,蓝光）已打靶实验3000发 二、HEDP研究的技术条件 (5) 2006年建成的8束SG-III原型激光器(3ns, 3ω,10kJ）,已打靶实验近1000发 2．高性能计算机的发展和高性能大软件包的开发 美国： ? 367万亿次计算机（2008年1000T） ? LASNEX软件包 二、HEDP研究的技术条件 （12） 中国： 25万亿次高性能计算机正在运行 ? LARED软件包 二、HEDP研究的技术条件 （13） 日本： ? 地球模拟器：40T 三、HED条件下的物质特性 (3) (2) 高密度低温非理想气体特性 ? 强耦合效应 低温高密度态，离子周围形成电子屏蔽云，电子（离子）相互作用能超过理想气体动能。 ? 集体效应产生非线性现象 高密度、部分电离等离子体中能集体激发多种波。集体效应产生波-波、波-粒子的非线性相互作用；固体晶格对激光响应产生的非线性应力和应变。 三、HED条件下的物质特性 (6） D和Cu状态方程图 约1Mb条件下氘的EOS出现以前未知的状态 三、HED条件下的物质特性 (8) 三、HED条件下的物质特性 (9) 巨行星（氢）演化与状态方程关系敏感（D2的EOS） 四、粒子加速和强场物理1. 激光相对论等离子体作用产生自生磁场 2. 电子尾场加速3. 质子加速4．天体中吸积致密天体动力学5. 探索黑洞某些性质6. ?射线爆 四、粒子加速和强场物理 (2) 1. 自生磁场--LARED-3DPIC数值模拟结果 四、粒子加速和强场物理 (3) 四、粒子加速和强场物理 (8) 四、粒子加速和强场物理 (9) 四、粒子加速和强场物理 (10) 四、粒子加速和强场物理 (11) 8．?射线爆 五、ICF和实验室天体物理 1．惯性约束聚变内爆压缩动力学 辐射输运 烧蚀流体力学不稳定性 天体烧蚀流体力学不稳定喷射 快点火 6. 热核点火和自持燃烧条件 四、粒子加速和强场物理 (5) 喷流（Jet）现象在宇宙中大量存在 现已发现从活动星系核或吸积盘等客体边缘发生的各种尺度喷流现象，如著名的天鹰座星云（稠密分子云组成）的象鼻状结构；正在形成的年轻恒星与老恒星相互作用产生的超声喷流等。目前产生喷流物理机制、稳定性和准直性的研究已成为HEDP的热点之一。实验室中用X射线（由激光照射物质后转换）加热的物质在一个开口的喷管处产生超声喷流的实验证明了喷流的存在；计算机数值模拟表明了高温烧蚀流体力学不稳定性可以发展成为超声喷流。 五、ICF和实验室天体物理 (9) 4.天体烧蚀流体力学不稳定喷射--天鹰座星云象鼻结构 五、ICF和实验室天体物理 (10) 五、ICF和实验室天体物理 (11) 五、ICF和实验室天体物理 (12) ? SN1987A超新星爆炸观察表明了壳体与内核界