激光驅(qū)動平面R-T流體力學不穩(wěn)定性實驗研究及其圖像處理.pdf

1、“慣性約束聚變”(ICF)是實現(xiàn)可控熱核聚變的途徑之一，對于科學研究、工業(yè)應用和解決能源危機具有重要的意義。它利用內(nèi)爆產(chǎn)生物質(zhì)的向心運動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)動源，壓縮氘氚主燃料層達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，達到點火條件，在高溫度高密度熱核燃料飛散之前，進行充分的熱核燃燒，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，外界給界面處一個小的擾動，瑞利-泰勒不穩(wěn)定性就會發(fā)展起來，在ICF中這種小的擾動通常為激光的平面不均勻性或者球型靶層結構表面的粗糙度。它在時間上主要發(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構之間。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)定性隨著時間的發(fā)展，將會

3、擴大球靶表面的粗糙度，致使球殼燒蝕不均勻甚至于破裂，將嚴重得影響慣性約束聚變的最終點火，是慣性約束聚變研究中的一個關鍵性問題。另外，對于瑞利-泰勒流體不穩(wěn)定性進行實驗研究，從實驗結果當中讀取相應的物理規(guī)律，需要建立數(shù)據(jù)處理的模型，該方法也能對物理實驗提出相應的建議。本論文主要圍繞激光驅(qū)動慣性約束聚變，闡述了瑞利-泰勒流體不穩(wěn)定性的原理和機制，進行相應的物理實驗研究，并對最后的實驗數(shù)據(jù)進行了處理和分析。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靶隨時間發(fā)展變化的動態(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，通過點投影，側向診斷(Side-on)的方式獲得了CH靶隨

5、時間發(fā)展變化的動態(tài)圖像。
　　2:在點投影的光路排布下，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，獲取其邊緣擴展函數(shù)(ESF)，利用微分原理得到相應的線擴展函數(shù)(LSF)，對LSF曲線進行離散Fourier變換，得到刀口實驗圖像關于頻率的MTF曲線，從而完成了在該成像系統(tǒng)下實驗數(shù)據(jù)的修正。
　　3:根據(jù)實驗得到的靜態(tài)圖像，建立了靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理的模型，對實驗圖像進行了數(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，從而為動態(tài)實驗數(shù)據(jù)的處理奠定了基礎。
　　4:完成了對動態(tài)實驗圖像的數(shù)據(jù)處理，得到了瑞利-泰勒流體不穩(wěn)定性隨時間演化的部分規(guī)律。其中對于在Face-on方式下得到的實驗圖像，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行了分析和研究，降低了背光不均勻性對數(shù)據(jù)真實性的影響。通過扣除Al自發(fā)光的不均勻性，