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超热电子在快点火预压缩靶中能量沉积的数值模拟

宋艳华  
【摘要】:由于化石能源的逐渐减少,可替代的清洁能源成为人们关注的焦点。与风能、太阳能等可持续能源相比,核聚变能具有更大优势——不仅原料存储丰富,并且释放能量巨大。惯性约束聚变作为主要的可控核聚变方式之一,引起了人们的极大关注。惯性约束聚变主要有两种点火方式:中心点火和快点火。快点火能够降低驱动能和减少流体不稳定性,成为惯性约束聚变研究的热点。超热电子的能量沉积直接关系热核燃料能否达到点火条件,因此成为决定快点火方案成败的关键。 本文模拟研究惯性约束聚变快点火背景下,超热电子在预压缩低温氘氚靶中的能量沉积问题。在快点火预压缩靶高密度靶心中,库仑碰撞和等离子体波辐射决定了超热电子的输运和能量沉积。本论文的主要内容为: 1、超热电子能量沉积模拟模型的建立 本文考虑超热电子在靶心的能量沉积,采用计算平均线性能量损失率的阻止本领模型。在模拟过程中忽略了韧致辐射、自生环向磁场和Weibel不稳定性等对超热电子能量沉积的贡献,应用连续慢化处理方法,采用更精确的相对论微分横截面,对前人阻止本领模型进行了修正。 2、超热电子能量沉积特性的量化描述 本文应用Lewis多重散射理论计算电子分布函数的空间矩,并用影响因子(近似Thomas-Fermi半径)对积分区域进行人为截断,通过计算电子平均线性能量损失率和电子分布函数一阶空间矩,从而得到超热电子能量沉积通道总长度及入射方向上的平均穿透深度。由电子分布函数二阶空间矩可以计算超热电子能量沉积通道的横向扩展和纵向离散,讨论了超热电子输运过程的分散程度。 3、不同物理参数对能量沉积特性影响机制的探讨 本文还讨论了等离子体的不同物理参数(如:离子电荷、温度和密度等)对能量沉积特性的影响。


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