超阿尔芬电子束在稠密等离子体中的输运及其与电磁场相互作用的研究

本项目主要包括以下研究内容：（1）改进和完善物理建模和数值计算方案，基于现有的计算机条件，建立在较大时间和空间尺度研究超阿尔芬电子束在稠密等离子体中输运问题的数值模拟能力。（2）研究电子束与电磁场的相互作用，分别研究电场、磁场和碰撞效应对电子束输运过程的影响。（3）研究输运效率和热斑特征参量（如温度、密度、尺寸等）与电子束参数、靶参数的依赖关系。通过数值模拟和靶设计，对电子束的准直提出优化设计。（4）结合快点火预压缩靶参数和拍瓦激光脉冲产生的点火电子束参数，计算快电子束-热斑耦合效率，给出热斑形成的主要物理特征，为实验方案的优化设计提供理论依据。（5）开展带电粒子输运的理论和数值模拟研究。.本研究可为我国神光II装置升级后即将开展的快点火物理实验提供理论参考，其关键技术也可用于高能量密度物理、紧凑强粒子源与辐射源的研究中。

本项目的研究工作基本按照原定的计划进行，完成了预期目标。.研究工作围绕超阿尔芬电子束在稠密等离子体中的输运及其与电磁场的相互作用来开展，对电子束输运混合程序做了进一步的修改和完善，也开展了激光与靶相互作用的研究和热核反应物理等方面的研究。.在程序完善和数值模拟方面,（1）完成二维电子束输运程序电磁场计算的改进，取消了净电流为零的假设，采用迭代法数值求解了磁扩散方程；（2）在国内首次建立了辐射流体力学-电子束输运的集成模拟能力；（3）增加了BPS（ Brown,Preston和Singleton）模型和Debye修正表示式，对库仑对数做了修正；（4）增加了电子束-热斑转换效率的诊断；（5）增加了内爆产生的电磁场对电子束输运影响的模块，可与辐射流体力学程序结合研究内爆过程电磁场对电子束输运物理的影响；（6）增加了对逃逸快电子能量的诊断。.在物理研究方面完成的研究工作包括：（1）分析了快点火参数下欧姆加热和碰撞效应能量沉积的份额，给出了判断其相对重要性的判据；(2) 研究了电子束在氘氚等离子体球中的输运和能量沉积，观察到了快电子束成丝现象；(3) 采用辐射流体力学-电子束输运集成模拟方法研究了神光 II 间接驱动内爆等离子体中电子束输运规律，给出了激光-热斑转换效率等参数；（4）用试验粒子和 PIC 方法研究了纳米刷靶对快电子束的准直物理；（5）提出了改进型锥-纳米层靶的设计，对超热电子的产生和准直做了研究,为微焦斑X 射线源的研究提供参考；（6）研究了激光与不光滑锥靶相互作用的能量吸收和电子束特性，为锥靶光滑度制作要求提供了理论依据；（7）提出了锥形纳米刷靶的设计，提高了激光-电子耦合效率；（8）研究了纳米刷靶对质子产生的影响，提高了激光-质子的转换效率；（9）研究了调 制 洞 靶 有 效 减 小 质 子 束 发 散的物理机理，解析估算了洞靶深度和激光光强之间的依赖关系；（10）研究了超强激光与相对论临界密度等离子体相互作用中的回流电子直接加速的物理机理；（11）研究了强激光在CH靶-稀薄等离子体组合靶中的质子加速问题；（12）开展了速度分群情况下氘氚热核反应率的模拟与分析，该工作对细致研究热核反应过程有参考意义。. 本研究可为我国神光II 装置升级后即将开展的快点火物理实验提供理论参考，其关键技术也可用于高能量密度物理、紧凑强粒子源与辐射源的研究中