激光驅(qū)動(dòng)平面R-T流體力學(xué)不穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)研究及其圖像處理.pdf

1、“慣性約束聚變”(ICF)是實(shí)現(xiàn)可控?zé)岷司圩兊耐緩街唬瑢τ诳茖W(xué)研究、工業(yè)應(yīng)用和解決能源危機(jī)具有重要的意義。它利用內(nèi)爆產(chǎn)生物質(zhì)的向心運(yùn)動(dòng)來約束熱核等離子體產(chǎn)生能量，其中激光慣性約束聚變是直接利用激光或激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的X射線作驅(qū)動(dòng)源，壓縮氘氚主燃料層達(dá)到每立方厘米幾百克質(zhì)量的極高密度，并使局部氘氚區(qū)域形成高溫高密度熱斑，達(dá)到點(diǎn)火條件，在高溫度高密度熱核燃料飛散之前，進(jìn)行充分的熱核燃燒，放出大量聚變能。
　　瑞利-泰勒流體不穩(wěn)

2、定性發(fā)生在不同密度層之間，當(dāng)加速度由輕物質(zhì)指向重物質(zhì)或者輕物質(zhì)支撐重物質(zhì)時(shí)，外界給界面處一個(gè)小的擾動(dòng)，瑞利-泰勒不穩(wěn)定性就會(huì)發(fā)展起來，在ICF中這種小的擾動(dòng)通常為激光的平面不均勻性或者球型靶層結(jié)構(gòu)表面的粗糙度。它在時(shí)間上主要發(fā)生在慣性約束聚變壓縮靶丸到芯的加速階段以及沖擊波反向后的減速階段，空間上發(fā)生于球靶的不同層結(jié)構(gòu)之間。比如氘氚球面靶，主要發(fā)生在燒蝕層與氘氚冰之間和氘氚冰與氘氚氣體之間。由于瑞利-泰勒流體不穩(wěn)定性隨著時(shí)間的發(fā)展，將會(huì)

3、擴(kuò)大球靶表面的粗糙度，致使球殼燒蝕不均勻甚至于破裂，將嚴(yán)重得影響慣性約束聚變的最終點(diǎn)火，是慣性約束聚變研究中的一個(gè)關(guān)鍵性問題。另外，對于瑞利-泰勒流體不穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)中讀取相應(yīng)的物理規(guī)律，需要建立數(shù)據(jù)處理的模型，該方法也能對物理實(shí)驗(yàn)提出相應(yīng)的建議。本論文主要圍繞激光驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變，闡述了瑞利-泰勒流體不穩(wěn)定性的原理和機(jī)制，進(jìn)行相應(yīng)的物理實(shí)驗(yàn)研究，并對最后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和分析。具體如下:
　　1:針對神光Ⅱ

4、高功率激光裝置，獲得了瑞利-泰勒流體不穩(wěn)定的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖像。其中利用振幅為18微米，周期50微米的Al正弦調(diào)制靶，通過點(diǎn)投影的成像方式獲得了清晰的X射線透過靶后的靜態(tài)圖像;利用振幅為0.6～0.8微米，周期49.5微米的Al正弦調(diào)制靶，通過針孔成像，正向診斷(Face-on)的方式獲得了Al靶隨時(shí)間發(fā)展變化的動(dòng)態(tài)圖像;利用振幅為2.2～2.75微米，周期75微米的CH正弦調(diào)制靶，通過點(diǎn)投影，側(cè)向診斷(Side-on)的方式獲得了CH靶隨

5、時(shí)間發(fā)展變化的動(dòng)態(tài)圖像。
　　2:在點(diǎn)投影的光路排布下，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理獲得了該成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。根據(jù)得到的刀口圖像，獲取其邊緣擴(kuò)展函數(shù)(ESF)，利用微分原理得到相應(yīng)的線擴(kuò)展函數(shù)(LSF)，對LSF曲線進(jìn)行離散Fourier變換，得到刀口實(shí)驗(yàn)圖像關(guān)于頻率的MTF曲線，從而完成了在該成像系統(tǒng)下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正。
　　3:根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的靜態(tài)圖像，建立了靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理的模型，對實(shí)驗(yàn)圖像進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理和分析。利用快速傅

6、里葉變換去除了高頻和雜散信息;通過擬合背光的不均勻性曲線，扣除了背光的不均勻性對數(shù)據(jù)處理造成的影響，從而為動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理奠定了基礎(chǔ)。
　　4:完成了對動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)圖像的數(shù)據(jù)處理，得到了瑞利-泰勒流體不穩(wěn)定性隨時(shí)間演化的部分規(guī)律。其中對于在Face-on方式下得到的實(shí)驗(yàn)圖像，利用傅里葉變換去除了數(shù)據(jù)中的高頻和雜散信息，另外，著重對高斯背光的不均勻性進(jìn)行了分析和研究，降低了背光不均勻性對數(shù)據(jù)真實(shí)性的影響。通過扣除Al自發(fā)光的不均勻性，