高能量密度物理的概念.ppt

* * 第四代光源将推出全新的X-射线源 空间长程相干光源 * XFEL的发展现状德国汉堡电子同步加速器DESY，FLASH——TESLA * * XFEL的发展现状 * 美国斯坦福大学SLAC加速器改造， LCLS * XFEL的发展现状日本的Spring-8设施发展为SCSS * * 美国洛斯阿拉莫斯实验室中子散射中心的改造 LANSCE/pRad * * 实验室天体物理研究 * 实验室天体物理的涵义 非天体观察和测量的天文学研究； 天体物质（类似材料）的物性研究； 对天体物理现象内在因素的比较分析； 流体动力学（辐射磁流体力学）相似性研究， 主要是时空尺度的缩比实验研究； 缩比实验的意义：确定天体运动的力学机制， 给出流场性态，了解主要的定量关系。 * * 实验室天体物理学模拟研究 天体流体动力学现象（大爆炸，膨胀，射流，冲击波…，相似性，定标律）； 天体物质（包括强耦合等离子体，温密物质）的物态方程和辐射不透明度； 天体高能等离子体的辐射光谱（扩展至X和γ谱段）； 超新星爆发、超新星遗迹的模拟研究； 伽玛射线爆发模拟研究； 表面大气对白矮星和中子星冷却的影响。 * Ramp Compression of Diamond at NIFThomas S. Duffy et al., DOE/SSAA Symposium, Washington DC,2012 Sandwich Sample Configuration * Peak strain rate~1.1×108 Peak Ramp Pressure ~80-100GPa Ramp Compression of Aluminum Samples Rear Surface Velocity Quasi-Isentrope Line VISAR Record 李牧, 流体物理所, 联合实验室SG-II装置 * X-ray Driven Ramp Compression on Fe and Ta Phase transition For 20μm tantalum and iron film, the peak pressure have reached to more than 150GPa through X-rays driven ramp compression. PDV PDV 首次开展了黑腔驱动准等熵压缩实验，首次获得了纯铁和钽的高应变率斜波压缩数据，准等熵压力达到了150GPa以上 。 李牧,孙承 纬,赵 剑衡, 固 体 材 料 高 功 率 激 光 斜 波 压 缩 研 究 进 展, 爆炸与冲击,第35卷,第2期,145,2015 * 核武器物理实验室模拟研究 * * 核 武 器 研 究 相 关 高能量密度物理研究的两个范围 LLNL M.D.Rosen, Phys. Plasmas 3 (5), 1803-1812 (1996) （kt表示千吨TNT当量） * * 核武器物理的实验室模拟研究 美国Los Alamos国家实验室的AGEX计划剖析 * * 核武器物理实验室模拟研究期望解决的问题 核武器动作过程主要物理问题实验模拟 —— 建立新的更高加载强度的实验技术； —— 内爆过程及不稳定性、辐射输运、点火； 核武器物理数值模拟使用的物理参数 —— 压缩性能、湍流混合、不透明度…… 核武器物理模型或图像的学科性问题 —— 凝聚（冷）态至等离子体的过渡（温密物质） —— 偏离 Hugoniot 状态与等熵压缩 —— 其他…… * 激光驱动的惯性约束聚变研究 * ICF靶丸和加载激光器 * 激光聚变的技术途径 聚变燃烧分数： 提高Φ的代价很高，回报却越来越低，发生燃烧之前的燃料终态应取 为宜，这样得到的燃烧分数为33%。聚变产额限制于0.1吨TNT当量，释放能量大约为500MJ，这将需要燃烧3mg质量的DT燃料。假设燃料块体的形状为球形，算出燃料区域终态的半径为150μm，燃料终态的质量体密度为190g/cm3,意味着DT燃料的压缩度应达到1000以上，最终压力1350TPa。同时，还要限制比熵不超过 400MJ/keV/g。 燃料如何点火? 最简单方法是压缩全部燃料，使之达到足够灼热的终态、发生点火。可以认为温度达到5 keV足以使DT燃料点火, 把聚变燃料整体加热到点火温度所需要的