神光Ⅱ装置上辐射驱动瑞利-泰勒不稳定性实验

在神光Ⅱ装置上开展了辐射驱动RT不稳定性的一系列实验,获得了不同初始扰动幅度、不同扰动波长、不同材料样品等条件下辐射烧蚀RT不稳定性增长的高时空分辨背光图像,特别是在大初始扰动幅度样品实验中获得了扰动增长的清晰图像,观察到了扰动增长从线性区到非线性区的过渡过程,二次和三次谐波的产生和发展清楚可见。充实了数值模拟程序考核的实验数据库,对间接驱动ICF点火靶设计和研究具有重要作用。     

烧蚀RT不稳定性X射线分幅诊断研究进展

在神光II装置上,利用高动态范围高性能X射线分幅相机开展了辐射驱动烧蚀RT不稳定性面背光实验研究.在神光II 8路2ns辐射源和第九路Mo背光条件下,利用二维时空照相获得了周期20 μupm、初始扰动1 μupm烧蚀RT样品清晰的增长过程,并通过掺Br比例1.1%样品观测到RT非线性增长的结果.实验为惯性约束聚变(inertial confinement fusion,ICF)RT不稳定性定量表征和数值模拟奠定了良好的基础.     

神光Ⅱ装置上间接驱动烧蚀瑞利-泰勒不稳定性实验分析

在神光Ⅱ激光装置上开展了一系列辐射烧蚀Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性实验。平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流,且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响。实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像。通过提高空间分辨率,实验获得了二次和三次谐波的增长数据,模拟结果与实验结果相符合。神光Ⅱ激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算。     

金属锡Rayleigh-Taylor不稳定性对模型参数敏感性的数值分析

利用自研的爆轰与冲击动力学欧拉计算程序和Steinberg-Guinan(SG)本构模型,数值模拟分析了样品初始参数(初始振幅、初始波长、样品初始厚度)和SG本构模型初始参数对爆轰驱动锡Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性增长的影响。结果表明金属锡样品的初始参数对其RT不稳定性增长有很大的影响。RT不稳定性增长随着初始振幅的减小而减小,且存在一个截止初始振幅;存在一个最不稳定的模态(波长),当初始波长大于该波长时,RT不稳定性增长随着初始波长的减小而增大,反之,RT不稳定性增长随着初始波长的减小而减小;样品厚度的增大可以抑制RT不稳定性增长,而且存在一个样品截止厚度。金属锡的RT不稳定性增长对其SG本构模型应变硬化系数和应变硬化指数的变化不敏感,而对压力硬化系数和热软化系数比较敏感。从采用扰动增长法预估材料强度的角度来说,修正压力硬化系数以获得锡合理的材料强度是合理的途径。     

高压条件下材料强度测量方法北大核心CSCD

在神光Ⅲ原型激光装置上开展了Al材料在高压（大于10GPa）、高应变率（10^5～10^8s^-1）的情况下材料强度特性实验方法研究。实验采用“有机材料真空间隙一样品”的靶构型（气库靶）对Al样品进行准等熵压缩，从而使Al样品的温度保持在熔点以下，材料仍具有强度特性。为了测量Al样品的RT不稳定性扰动增长，实验采用Ti作面背光材料，通过X光针孔成像获得样品的面向背光照相图像，获得了不同时刻RT不稳定性的增长因子，实验中采用连续相位板（CPP）对激光源进行了优化，提高了背光源和驱动源的均匀性。结果表明在现有高功率激光装置上可进行中z材料的RT不稳定性增长测量，验证了通过RT不稳定性增长测量来研究高压高应变率条件下材料强度的可行性。     

掺杂对CH样品Rayleigh-Taylor不稳定性增长的影响

在神光II激光装置上进行了辐射驱动不同掺杂样品的单模Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性实验.结果显示:与纯碳氢(CH)样品相比,掺Br的CH样品的扰动更早、更快地进入非线性区,产生二次谐波,并且掺Br比例越高,CH样品扰动进入非线性区的时间越早,相同时刻扰动的二次谐波的幅度越高.这是因为密度梯度效应抑制了二次谐波的产生,掺Br比例越高,密度梯度标长越小;同时密度梯度效应还抑制三次谐波对基模增长的负反馈,造成基模具有更大的线性增长,导致线性饱和幅值大于经典值0.1λ.     

流体力学不稳定性增长测量方法研究

本文通过静态样品定标的方法, 在神光II实验装置上获得了给定空间频率下分幅相机系统的调制传递函数. 在相同实验配置的情况下, 利用定标的结果, 实现了对正弦扰动样品的流体力学不稳定性增长的绝对测量, 获得了不同时刻的增长因子, 结果表明现阶段已具备辐射驱动流体力学不稳定性实验的扰动增长表征能力.     

柱面内爆驱动金属界面不稳定性的数值模拟研究

对柱面爆轰驱动内壁刻有正弦扰动的金属钢壳与内部硅橡胶界面产生不稳定性问题进行数值模拟,计算结果与实验结果定性符合.与不考虑金属强度情况对比分析认为,未熔化状态下金属强度对不稳定性具有较强抑制作用,在某些加载条件下会使扰动增长率随扰动模数增加而减小.之后,对强度因素影响下内爆压缩驱动金属不稳定性问题的扰动发展规律进行了总结.在聚心反射波到达壳体之前,造成初始界面反转的RM不稳定性起主导作用,随着扰动模数增加扰动由呈近似线性发展到基本不发展变化,基本不变化后的扰动振幅也随模数增加而减小.聚心反射波作用到壳体内界面后,减速RT不稳定性作用明显增强,与强度等因素共同作用造成扰动呈明显非线性发展.无论是前期RM不稳定性主导阶段还是之后以减速RT不稳定性为主的扰动发展阶段,强度因素均能造成未熔化状态下金属不稳定性截止波长存在.     

Rayleigh-Taylor不稳定性弱非线性阶段界面效应对谐波的影响

为了更好地理解不同空间坐标系下流体界面对Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性弱非线性阶段谐波的影响,文章采用3阶小扰动展开法,解析研究了球坐标空间经典RT不稳定性弱非线性阶段谐波的演化规律,并和柱坐标空间以及直角坐标空间相应结果进行了对比研究.当球坐标系和直角坐标系中RT不稳定性界面扰动波长相同,球坐标系中初始扰动半径为无穷大时（即球坐标下RT不稳定性初始扰动半径相对于扰动波长为无穷大时）,球坐标下RT不稳定性前4次谐波的结果和直角坐标系下的相应结果相同.研究表明:由初始界面曲率引起的Bell-Plesset（BP）效应和空间效应（直角坐标空间、柱坐标空间和球坐标空间）对谐波发展有较大的影响.即在不同正交曲线坐标系下,不同曲率的流体界面效应对RT不稳定性谐波发展有较大的影响.对于柱坐标空间和球坐标空间,2阶对0次谐波的反馈加强了界面向内收缩.研究还表明:界面效应增加了2次谐波的负反馈,然而,对于基模和3次谐波却有不同的影响.      

二维弹塑性磁流体力学数值模拟

为了研究物质弹塑性对磁驱动实验运动过程、不稳定性发展等的影响,在MDSC2程序的基础上,增加了弹塑性模块,研制了包括弹塑性的磁流体力学程序,并进行了弹塑性项影响的数值模拟和分析。数值模拟表明:没有初始扰动时,弹塑性项几乎不影响套筒内外半径的运动轨迹;有初始扰动时,弹塑性项对磁驱动固体套筒的Rayleigh-Tayor不稳定性有明显的抑制作用。     

爆轰驱动铝飞层扰动增长的数值模拟（英文）

建立了研究炸药爆轰驱动条件下金属材料Rayleigh-Taylor不稳定性问题的实验技术和数值模拟方法。利用该实验技术和数值模拟方法研究了炸药爆轰驱动条件下,铝飞层界面Rayleigh-Taylor不稳定性增长规律,数值模拟显示界面扰动振幅以指数规律增长。数值模拟结果和实验定性相符,但是定量相比有较大差别,原因是高压高应变率加载条件下铝的强度增强,而数值模拟时所采用的SG本构模型在这样的加载条件下低估了铝的强度而导致对扰动增长致稳作用不足。然后在数值模拟中,通过改变材料的初始剪切模量和初始屈服强度,发现在一定范围内,初始剪切模量对材料动态屈服强度没有影响,而初始屈服强度增大可以明显提高材料的动态屈服强度,达到抑制扰动增长的目的,表明材料屈服强度主导界面扰动增长。     

在间接驱动内爆实验中采用花生腔增强对称性调控

在100 kJ激光装置上开展了基于三台阶整形脉冲的间接驱动惯性约束聚变内爆实验研究.采用传统充气直柱金壁黑腔设计,在激光脉冲作用后期,腔内金等离子体运动对激光能量沉积和X光辐射场空间分布产生严重扰动,导致靶丸赤道驱动偏弱,形成不可接受的扁圆内爆.本文采用新型的花生腔设计,通过调节外环激光光斑及其产生的金泡的初始位置,补偿和缓解金等离子体运动对黑腔X光辐射分布产生的扰动影响,获得球对称的靶丸辐射驱动.在靶丸驱动辐射温度相同的条件下,由于驱动对称性得到显著改善,实验观测到花生腔内爆热斑接近球形,中子产额的测量结果与内爆一维模拟计算结果的比值(YOS)达到30%;而直柱腔内爆热斑呈现扁圆形状, YOS仅为13%.模拟计算和实验结果一致表明,在三台阶整形脉冲驱动内爆实验中,花生腔设计可以有效抑制外环金泡膨胀加剧产生的不利因素,增强辐射驱动和内爆对称性调控,并提高内爆性能.     

爆轰加载下高纯铜界面Rayleigh-Taylor不稳定性实验研究

金属界面不稳定性是内爆物理压缩过程中关注的重要问题,与传统流体界面不稳定性具有显著区别.由于相关理论和实验诊断技术的限制,目前该问题的研究还明显不足.为加深对金属界面不稳定性扰动增长行为的认识,本文建立了爆轰加载下高纯铜界面Rayleigh-Taylor不稳定性研究的实验诊断技术和数据处理方法,得到了扰动发展早期不同时刻界面扰动增长的X光图像.实验结果分析表明:在爆轰产物的无冲击加载条件下扰动波长基本保持不变,而初始扰动幅值越大,界面扰动增长的趋势就越明显;同时随着样品前界面扰动的不断发展,在样品的后自由面也出现了与前界面初始相位相反的扰动特征,即样品前界面扰动为波谷的位置所对应的后界面先运动而逐渐演变为波峰,而前界面扰动为波峰的位置所对应的后界面则演变为波谷;在5.26μs时刻,界面扰动幅值增长为初始值的700%左右,应变率达到了约105/s.结合数值模拟研究表明:在此情况下常用的Steinberg-Cochran-Guinan模型在一定程度上低估了高纯铜材料强度的强化特性,无法准确地描述强度对界面扰动增长的制稳作用,从而导致数值模拟结果要大于实验测量结果.     

X光背光观测烧蚀面扰动引起内界面扰动的增长

 侧向背光照相能直接反映靶表面扰动幅度的变化情况。在神光Ⅱ装置上，实验利用侧向背光照相技术，对烧蚀面扰动引起的内界面扰动增长进行了观测。实验结果表明，观察到的内界面扰动幅度大于期望值。分析认为，造成内界面较大扰动增长的原因主要是2维效应。X光辐照的主要是烧蚀面的中间部分，烧蚀面扰动引起的内界面的扰动就呈现出一幅从中间的扰动区域逐渐过渡到四周的图像。由此，提出了新的靶优化设计方案，应尽可能减小沿背光方向的样品尺寸。     

神光Ⅱ上柱形黑腔辐射驱动冲击波

利用神光Ⅱ的八路三倍频激光装置，驱动柱形黑腔产生的x 射线作辐射源驱动台阶铝样品产生冲击波，获得了清晰的冲击波图像，通过冲击波过台阶样 品的时间差获得冲击波速度和压力分别为31.2km/s和17.5×10⁵MPa.采用软x射线能谱 仪通过激光注入孔测量的辐射温度与采用冲击波法测量辐射温度的结果一致. 关键词： 冲击波 辐射驱动 辐射温度     

内爆实验图像处理中的勒让德拟合方法

 为了满足惯性约束聚变(ICF)驱动对称性调节和测量的需要,采用勒让德多项式拟合方法处理实验图像数据。该方法结合了辐射驱动对称性的相关理论,用于分析内爆实验中获得的靶芯压缩图像。通过对一系列实验数据进行处理,详细对比了新旧两种实验图像处理过程。结果表明：与目前使用的图像处理方法相比,勒让德拟合方法降低了误差,并获得了以往忽略的不对称性高阶部分信息。     

R-T不稳定性发展的二维和三维对比研究

 应用摄动方法研究不同密度流体交界面上的Rayleigh-Taylor（R-T）不稳定性问题，分别研究了二维（2D）与三维（3D）R-T不稳定性的线性与非线性增长，并进行了对比。得出的结论为：（1） 三维不稳定性的线性增长比二维情况要快，且同维度上相同的初始扰动波长，其时间增长指数受另一维度上的初始波长影响。（2） R-T不稳定性发展在考虑了非线性增长的影响之后，二维与三维扰动增长的图像也不一样。     

平面调制靶瑞利-泰勒不稳定性初步研究

 瑞利-泰勒不稳定性增长的准确估计是激光聚变的重要研究课题。在神光Ⅱ装置上，利用面向背光照相技术对正弦调制平面靶的瑞利-泰勒不稳定性增长进行了实验研究，得到了清晰的时空分辨图像；采用傅里叶变换取基模法和求波峰波谷差值法分析了实验结果；两种方法得到的靶扰动增长因子相同。实验中平面靶扰动增长较小可能是密度梯度致稳和烧蚀致稳抑制了扰动增长，也可能是扰动进入了非线性阶段而使增长不大。     

靶参数对收缩几何瑞利-泰勒不稳定性诊断的影响

面向背光照相技术是诊断惯性约束聚变(ICF)中瑞利-泰勒(RT)不稳定性的重要方法,讨论了利用该技术对球形靶丸扰动幅度测量时由于收缩几何效应带来的影响。通过计算,分析了一个简化模型下扰动振幅的实际值和测量值,讨论了偏移距离、靶丸外半径、扰动波长和扰动振幅等因素对实验结果相对误差的影响。计算表明,合理选择这些参数能使诊断的系统误差小于3%,而且可通过计算模型对测量结果进行修正。研究结果可为即将开展的神光III激光装置上的收缩几何烧蚀RT不稳定性实验参数设计和结果分析提供依据。     

间接驱动的冲击波特性实验

报道在星光激光器上进行的X光辐射驱动(间接驱动)和激光直接驱动的冲击波实验。实验观察到了铝背冲击波发光信息。结果表明,间接驱动比直接驱动的冲击波平面性好。