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《腔內(nèi)填充低Z物質(zhì)對(duì)腔內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)的影響》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第11卷 第4期強(qiáng)激光與粒子束Vol.11,No.41999年8月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSAug.,1999文章編號(hào):1001—4322(1999)04—0461—04X腔內(nèi)填充低Z物質(zhì)對(duì)腔內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)的影響張 鈞(北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所,北京8009信箱,100088)) 摘 要:為創(chuàng)造腔內(nèi)均勻、干凈的輻射場(chǎng),用解析方法研究了腔內(nèi)填充低Z介質(zhì)的方法防止腔壁重元素噴射到腔內(nèi)的設(shè)計(jì)思想。簡(jiǎn)化模型給出的物理圖象清楚顯示,該方法是一種好的設(shè)計(jì)思想。給出了在腔內(nèi)填充0.1、1和10個(gè)大氣壓的氦氣和各種溫度狀態(tài)下,腔
2、壁內(nèi)界面的運(yùn)動(dòng)速度。 關(guān)鍵詞:激光腔靶設(shè)計(jì); 激光腔靶物理; 腔靶輻射場(chǎng) 中圖分類號(hào):TL63211文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 在腔靶設(shè)計(jì)中,希望創(chuàng)造干凈,均勻的輻射場(chǎng),使放置在中心的聚變靶丸能實(shí)現(xiàn)均勻的球形內(nèi)爆?？墒窃谇话袑?shí)驗(yàn)中采用的激光束總是有限數(shù)目的,因而當(dāng)激光直接打到腔靶內(nèi)壁的某一些位置后,激光產(chǎn)生的X光在腔靶內(nèi)壁表面的分布是很不均勻的。希望通過(guò)輸運(yùn)過(guò)程,讓靶丸周圍的輻射場(chǎng)變得十分均勻。為達(dá)到此目標(biāo),在腔靶設(shè)計(jì)中需要做很多非常細(xì)致的工作?！ ∮绊戄椛鋱?chǎng)均勻性的因素很多,如激光燒蝕產(chǎn)生的等離子體向腔內(nèi)膨脹,這部分等離子體具有低密度高速度,盡管密度
3、很低,但都是高Z介質(zhì)。因此對(duì)通過(guò)它的激光有較強(qiáng)的吸收能力,使到達(dá)臨界面附近的激光能量減少;輻射燒蝕產(chǎn)生的等離子體也向腔內(nèi)膨脹,這部分等離子體具有較高的密度和較低的速度。這些等離子體一方面可能影響靶丸周圍輻射場(chǎng)的均勻性,另一方面可能影響激光進(jìn)入腔內(nèi)的光路。還有激光產(chǎn)生的X光由于從激光入射孔的漏失,造成腔內(nèi)X光強(qiáng)度空間分布的不均勻性。因此需要調(diào)整激光入射的角度、在腔靶內(nèi)壁表面著陸的位置以及激光束的整體布局等。像美國(guó)利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的點(diǎn)火靶,為了阻止燒蝕產(chǎn)生的[1]等離子體向腔內(nèi)噴射,在腔體內(nèi)填充不同氣壓的惰性氣體。這種設(shè)計(jì)一方面改善了靶丸周圍的環(huán)境
4、,另一方面也避免了膨脹的等離子體影響激光的光路。腔內(nèi)填充物質(zhì)對(duì)腔壁運(yùn)動(dòng)的影響是一個(gè)很復(fù)雜的物理問(wèn)題,細(xì)致描述需要采用復(fù)雜的輻射流體力學(xué)和激光傳播方程的數(shù)值模擬研究。我們采用一種簡(jiǎn)化物理模型,用解析的方法研究在填充氣體氦的情況下腔壁內(nèi)表面的運(yùn)動(dòng)特性,但對(duì)填充其它氣體的情況同樣是適用的。1 物理模型 假定流體是一維平面幾何;激光或輻射燒蝕形成的等離子體與腔內(nèi)填充物質(zhì)處于等溫狀7態(tài)。腔壁由金材料構(gòu)成,腔內(nèi)填充物是氦氣、塑料(CH)、或氫化鋰(LiH)等低Z元素構(gòu)成的單質(zhì)物質(zhì)或化合物?！ ≡诘葴?zé)g的情況下,輕重流體的交界面猶如活塞似的,重流體推動(dòng)輕流
5、體向輕流體一側(cè)運(yùn)動(dòng)。從該接觸間斷面作間斷分解可知,在輕介質(zhì)中將產(chǎn)生一個(gè)沖擊波,而在重介質(zhì)中將進(jìn)入一個(gè)稀疏波,在時(shí)空?qǐng)D上可畫出所產(chǎn)生的波系圖(見圖1)。接觸間斷面F右側(cè)是重介質(zhì),左側(cè)X國(guó)家863慣性約束聚變領(lǐng)域資助課題1999年2月23日收到原稿,1999年5月20日收到修改稿。張 鈞,男,1936年2月出生,研究員?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.462強(qiáng)激光與粒子束第11卷是輕介質(zhì),S表示在輕介質(zhì)中傳播的沖擊波軌跡,在R1和R2之間的區(qū)域是在重介質(zhì)中傳播
6、的稀疏波區(qū),R1和R2分別表示稀疏波的波頭和波尾的軌跡。整個(gè)流場(chǎng)可分為五個(gè)區(qū)域描述。I區(qū)是沖擊波前輕介質(zhì)的未擾動(dòng)區(qū),II區(qū)是沖擊波后的區(qū)域,III區(qū)是常流區(qū),IV區(qū)是稀疏波區(qū),V區(qū)是重介質(zhì)的未擾動(dòng)區(qū)。I區(qū)是未擾動(dòng)介質(zhì),速度u=0,密度是填-5充物質(zhì)氦的初始密度Q0=1.7×10、1.7×-4-3310、1.7×10g?cm,分別對(duì)應(yīng)于充氣壓力為Fig.1Thewavesproducedbyisothermal0.01、0.1和1MPa,壓力為pL0。如果沖擊波速expansiononthecontactsurface度用D表示,通過(guò)等溫沖擊波關(guān)系
7、可給出II區(qū)圖1 在接觸間斷面上等溫膨脹產(chǎn)生的波系圖沖擊波后的壓力和速度22p=pL0D?cTL(1)2u=D-cTL?D(2)2--其中,cTL=RT?L是輕介質(zhì)中的等溫聲速的平方,L=L?(Z+N)是平均摩爾量,Z是每個(gè)分子(或原子)的自由電子數(shù),N是其離子數(shù)。III區(qū)是常流區(qū),在接觸間斷面F兩側(cè),密度間斷,但要求壓力連續(xù)、速度連續(xù),所以這里的狀態(tài)由沖擊波后的狀態(tài)與連續(xù)條件確定。IV區(qū)是稀疏波區(qū),這里的狀態(tài)由流體力學(xué)方程確定。由質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程的組合可得到沿特征方向dx=u±cT(3)dt的特征方程55+(u±cT)(u±cTlnQ)=0(
8、4)5t5x沿特征方向(3)積分特征方程(4)得到特征關(guān)系A(chǔ)u±cTlnQ=const(5)B沿u+c方向的特征線簇稱為A特征線,另一簇
