球?qū)ΨQ位型中電子熱輸運(yùn)的Fokker-Planck模擬.pdf

1、沖擊點(diǎn)火是由Betti等人于2007年提出的一種由激光直接驅(qū)動(dòng)的新型點(diǎn)火方案，是將靶丸的點(diǎn)火過(guò)程與壓縮過(guò)程分開，先將靶丸壓縮成高密低溫狀態(tài)，之后用一個(gè)高強(qiáng)度的短脈沖激光產(chǎn)生一較強(qiáng)的沖擊波往靶丸中心運(yùn)動(dòng)，提高中心區(qū)域的溫度與壓強(qiáng)，降低點(diǎn)火閾值，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。沖擊點(diǎn)火方案內(nèi)爆速度較低，流體力學(xué)穩(wěn)定性較好，放松了對(duì)壓縮對(duì)稱性的要求。點(diǎn)火脈沖的強(qiáng)度和加載時(shí)刻是沖擊點(diǎn)火的關(guān)鍵所在。在沖擊點(diǎn)火中，臨界密度面和燒蝕波前沿附近的溫度密度梯度較大，需要考慮電

2、子的非局域熱輸運(yùn)，流體理論描述電子熱輸運(yùn)會(huì)出現(xiàn)偏差，這時(shí)候需要借助Fokker-Planck(FP)方程對(duì)物理過(guò)程進(jìn)行描述。在論文中，我們首先將現(xiàn)有的Fokker-Planck模擬從一維平板位型擴(kuò)展到一維球?qū)ΨQ、柱對(duì)稱位型，使模擬更接近于真實(shí)的物理模型，考慮不同位型下的電子熱傳導(dǎo)，分析幾何位型對(duì)非局域熱輸運(yùn)的影響;在球?qū)ΨQ位型下分析沖擊點(diǎn)火中的非局域熱輸運(yùn)對(duì)燒蝕過(guò)程和激波的影響。
　　利用FP和MULTI兩種程序模擬對(duì)比不同位型下

3、高溫等離子體的稀疏過(guò)程，討論電子非局域熱輸運(yùn)對(duì)稀疏過(guò)程的溫度影響，發(fā)現(xiàn)在溫度梯度較大的區(qū)域經(jīng)典熱流模型不再適用，需要考慮限流效應(yīng)，并且在MULTI中采用時(shí)變限流模型要優(yōu)于恒定的限流模型;而在稀疏波波尾由于超熱電子的影響，在FP模擬中可以觀察到預(yù)熱效應(yīng)。在等離子體中超熱電子具有很長(zhǎng)的平均自由程和很高的流動(dòng)性，它們?cè)诳臻g中擴(kuò)散開來(lái)，這樣會(huì)消耗高溫區(qū)域分布函數(shù)的高能尾巴，同時(shí)加強(qiáng)低溫區(qū)域的高能尾巴，這樣會(huì)使相空間電子密度的梯度低于麥克斯韋分布

4、時(shí)的值，限制電子擴(kuò)散流。對(duì)比一維平板位型和球?qū)ΨQ位型中的熱流計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在球?qū)ΨQ位型下等離子體稀疏過(guò)程中，限流與預(yù)熱效應(yīng)都變?nèi)?。也就是在稀疏過(guò)程中，空間的幾何效應(yīng)會(huì)減小電子熱輸運(yùn)的非局域性。
　　為了考慮電子的熱輸運(yùn)對(duì)于點(diǎn)火過(guò)程的內(nèi)爆增壓影響，我們首先利用MULTI流體程序?qū)_擊點(diǎn)火過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)比加載沖擊波和不加載沖擊波兩種情況下對(duì)中心密度和壓強(qiáng)的影響，發(fā)現(xiàn)在保證總輸入能量相等的情況下，加載沖擊波中心密度和壓強(qiáng)得到大幅提升，并發(fā)

5、現(xiàn)點(diǎn)火脈沖產(chǎn)生的激波與聚心之后的反射激波在主燃料區(qū)的內(nèi)表面附近發(fā)生碰撞，產(chǎn)生一個(gè)高密高壓區(qū)域繼續(xù)向中心傳播，這種情況下的點(diǎn)火效果較好。利用流體程序分析點(diǎn)火脈沖加載時(shí)刻對(duì)聚變產(chǎn)額的影響，確定點(diǎn)火窗口。由于在沖擊點(diǎn)火中燒蝕面的溫度梯度比較大，導(dǎo)致需要借助限流模型對(duì)熱流進(jìn)行修正，模擬在不同時(shí)刻、不同空間位置改變限流因子對(duì)點(diǎn)火結(jié)果的影響。限流因子通過(guò)調(diào)節(jié)熱流而影響燒蝕速度和燒蝕壓，對(duì)于激波的傳播過(guò)程也有影響。
　　利用FP程序模擬激光燒蝕

6、過(guò)程在不同位型中的非局域熱輸運(yùn)，先用FP和MULTI模擬對(duì)比一個(gè)溫度密度均勻分布的靶丸的在一維平板位型下的燒蝕過(guò)程，當(dāng)激光強(qiáng)度較大時(shí)，激光能量在臨界密度面處沉積增多，冕區(qū)靠近臨界密度面附近會(huì)有一部分熱電子向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這部分的電子非局域熱輸運(yùn)會(huì)造成冕區(qū)的溫度降低。而在等離子體內(nèi)部燒蝕波面附近的熱電子速度較快，將燒蝕面前端的物質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，熱波前沿的溫度變緩。并且由于幾何位形的影響，在球形結(jié)構(gòu)中，等離子體在激光燒蝕中的電子非局域熱輸運(yùn)更明顯，而