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《中国工程物理研究院》 2016年
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辐射驱动条件下平面流体力学不稳定性增长的实验研究

袁永腾  
【摘要】:流体力学不稳定性研究是高能量密度物理研究的热门课题,它与许多重要的科学问题密切相关,不仅在惯性约束聚变研究中有重要应用价值,还可用于天体物理中流体力学不稳定性现象的研究。与收缩几何条件下的实验研究相比,平面实验便于研究单一因素对界面不稳定性增长的影响,加深对不稳定性增长机制的理解。因此,我们开展了一系列平面流体力学不稳定性增长的实验研究。本论文工作主要研究了实验数据处理方法、不同因素影响下的烧蚀RT不稳定性增长及金属Al与低原子序数材料界面的RT和RM不稳定性增长。论文主要内容如下:1.基于X光面向背光照相的成像过程,发展了一种改进的数据处理方法。分析了常用RT不稳定性数据处理方法存在的问题,改进了现有的数据处理方法,并用于处理线性及弱非线性阶段的RT不稳定性增长测量,使扰动在具有较大光学厚度时处理后获得扰动值的相对误差仍保持在一个较低的水平。利用菲涅尔衍射分析了X光能点、针孔尺寸及放大倍率对针孔点扩散函数的影响。发现针孔的空间分辨不随三者中任何一个因素的单调变化而提高。在保证成像能获得足够高信噪比的条件下,可通过模拟获得针孔成像具有最佳空间分辨时所需的针孔大小、放大倍率和X光能点。2.研究了掺杂比、辐射条件、激光脉冲整形和双模耦合对烧蚀RT不稳定性增长的影响。首先,实验证实了密度梯度效应除了能抑制二次谐波的增长以外,还有效抑制了基模的三阶非线性负反馈效应,导致了基模线性饱和幅度的提高。基模扰动较大的增长有利于尖钉的产生和大尺度结构的混合,说明密度梯度标长不是越大越好。在实验设计中除了考虑密度梯度对基模和二次谐波线性增长率的抑制影响外,还需考虑密度梯度基模对线性饱和幅度提升的影响。其次,对烧蚀RT不稳定性增长而言,并非辐射温度越高,界面的RT不稳定性增长越快。因为辐射温度在提高界面加速度的同时,也会增大烧蚀速度和密度梯度标长。在不同的辐射温度下,腔内金M带份额也不同,金M带预热虽然会增强内界面的RT不稳定性增长,破坏预期的绝热等熵压缩,降低内爆效率,但同时增大的烧蚀速率和密度梯度标长可有效抑制烧蚀RT不稳定性增长。在点火靶的设计中,需要抑制腔内金M带的份额,但同时也需考虑金M带对界面烧蚀RT不稳定性增长的抑制作用。另外,在双模耦合实验中,差频模k1-k2的增长以模耦合增长为主,由于差频模的线性增长率γ,较低,可忽略其线性增长。合频模k1+k2由于受k1+k2模附近的局域结构的影响,容易进入饱和阶段,进入饱和阶段后它的增长将与基模k1、k2无关。而基模k1、k2模的增长应该与逆窜级效应有关。最后,在整形激光脉冲波形条件下,RT不稳定性增长实验研究发现“高脚脉冲”的RT不稳定性扰动增长明显低于“低脚脉冲”的情况。分析发现“高脚脉冲”具有更高的密度梯度标长和烧蚀速度。预脉冲会改变了烧蚀面的密度分布,通过优化预脉冲的强度和波形,可有效增大主脉冲开始后的密度梯度标长,同时预脉冲降低了烧蚀面附近的峰值密度,增大了烧蚀速度。因此,通过优化激光脉冲波形来可抑制烧蚀RT不稳定性的增长。3.建立了A1和低原子序数材料界面不稳定性增长测量的实验方法。在重轻介质的RM不稳定性研究中,评估了金M带预热对RM不稳定性增长的影响,模拟显示金M带的影响主要体现在冲击波到达A1前界面前提升了A1前界面的电子温度和材料密度,但并不影响A1后界面的RM不稳性增长。RT不稳定性实验中观察到扰动的线性增长过程,RM不稳定性实验观察到扰动反向增长造成的扰动幅度减小的过程,通过MULTI-1D模拟结合RT和RM线性扰动增长经验公式获得的RT扰动增长率和RM的扰动扰动增长速度都基本与实验结果吻合,说明可通过数值模拟结合线性阶段扰动增长经验公式的方法来预估A1和低Z材料双介质界面的RT及RM不稳定性的线性增长过程。
【学位授予单位】:中国工程物理研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O35

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