靶丸变形实验的多群扩散整体数值模拟.pdfVIP

第 25 卷第 5 期 强激光与粒子束 Vo l. 25 , No. 5 2013 年 5 月 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS May , 2013 文章编号: 1001-4322(2013)05-1157-04 靶丸变形实验的多群扩散整体数值模拟替 霍传磊， 李双贵， 勇 珩， 古培俊 (北京应用物理与计算数学研究所，北京 100094) 摘 要: 神光H 装置上靶丸压缩实验中，黑腔长度的变化会影响靶丸赤道和两极受到的辐照强度，从而 导致燃料区被压缩成不同的形状。介绍了辐射多群扩散建模下的辐射流体力学方程组及其数值方法。采用最 近研制的二维总体 LARED 集成程序，对神光H 不同长度黑腔靶丸压缩变形实验进行了整体数值模拟。结果 表明辐射多群扩散建模可以反映腔内辐照均匀性变化情况，靶丸压缩形状与神光H 实验定性一致。 关键词: 间接驱动惯性约束聚变; 辐照不均匀性; 辐射多群扩散近似; 辐射流体力学; LARED 集成程序 中图分类号: 035 1. 2 文献标志码: A doi;lO. 3788/HPLP 1157 在间接驱动激光聚变过程中，如何在靶丸周围形成均匀的辐射场是通过内爆压缩获得中心点火热斑的关 键[1-2J 。激光从黑腔两端的注入口进入，首先辐照黑腔腔壁并转换为 X 光， X 光经过腔内传输，烧蚀位于黑腔 中央的聚变靶丸并使其发生内爆。不同长度的黑腔，腔内的辐照均匀性会差别很大，腔长较短时，光斑靠近赤 道，靶丸赤道附近受到的辐照就强于两极;当腔长较长时，靶丸两极受到的辐照就强于赤道。在神光H 装置上 进行的不同长度黑腔的靶丸变形实验结果表明，随着腔长从短到长，靶丸分别被压缩成香肠、球形和铁饼形 状[3] 。但由于二维总体数值模拟能力尚不具备，对于此类实验只能进行分段数值模拟。激光与腔靶捐合程序 给出辐射源，内爆流体力学程序利用该辐射源单独进行靶丸压缩过程的数值模拟[4] ，得到了与实验定性符合的 靶丸压缩形状。这种方法将空腔和靶丸分别进行模拟，对于空腔与靶丸的稿合关系考虑可能存在不足，需要开 展二维整体数值模拟研究。 近年来，LARED-H 程序已经实现黑腔靶丸搞合模型的完整数值模拟，在 NIF 点火靶模型的数值模拟中 得到了与国外文献符合较好的辐射温度曲线[51 ，但由于 LARED-H 程序采用辐射热传导近似，腔内区域的辐 射场非常均匀，不能反映黑腔内的辐照均匀性。无论黑腔的长度怎么变化，热传导近似下的数值模拟结果都显 示靶丸燃料区都被压缩成球形，与实验结果存在明显差异。黑腔内部的等离子体温度很高而密度很低，光性较 薄，辐射热传导近似并不适合，必须采用更细致的辐射建模。目前基于 JAMSIN 框架时，我们完成了 LARED 集成程序的研制。 LARED 集成程序中包含了多种辐射场近似，如辐射热传导近似、辐射多群扩散近似和辐射 多群输运近似，可以进行间接驱动惯性约束聚变完整物理过程的总体数值模拟。本文将介绍辐射多群扩散建 模下的辐射流体力学方程组及其数值方法，并对神光H 不同长度黑腔靶丸压缩变形实验进行整体数值模拟。 1 辐射流体力学方程组 实现惯性约束聚变的整体数值模拟，必须求解非平衡辐射流体力学方程组。假定电子和离子分别处于局 部热动平衡，则描述等离子体运动的质量和动量方程组为 立+卢 . U =0 (1) ρ 吉十V (ρe+ρ1 十 ρr) =0 (2) 式中:ρ 为质量密度;U 为等离子体运动速度;ρe ， ρiPr 分别表示电子、离子和辐射场的压强。 电子、离子温度方程组形式为 收稿日期 :2012-09-02 ， 修订日期 :2012-12-21 基金项目:国家自然科学基金项目 ，， ，中国工程物理研究院科学技术发展基金项目(2012A020Z010刘国家 高技术发展计划项目 作者简介: