高能量密度烧蚀流动不稳定性研究

本项目重点研究高能量密度流动不稳定性的前沿和应用基础问题，属于物理、天文、力学和数学的交叉学科课题，对于促进相关学科的交流和发展，有十分重要的科学意义。理论、数值模拟和实验研究相结合，对于理解高能量密度流动不稳定性非线性发展过程，具有重要意义，对惯性约束聚变、国防和天体物理研究也要重要应用价值。高能量密度烧蚀流动不稳定性是惯性约束聚变和国防研究的关键基础问题，也是星系演化、黑洞或其它致密天体质量吸积、超新星爆炸、原始恒星形成等天体物理重大问题的主要研究内容。本项目研究，将开展高能量密度烧蚀不稳定性多尺度复杂流动的大规模数值模拟研究，发展多尺度流动物理分析方法，进行神光系列激光装置相关实验的理论设计和实验结果分析，做出国际上有创新的和高水平的研究成果，提升国内高能量密度流动不稳定性的研究能力，并将其研究成果应用于惯性约束聚变、国防和天体物理研究。

本项目研究高能量密度烧蚀流动不稳定性应用基础问题，重点研究了烧蚀瑞利-泰勒不稳定性(ARTI)问题，以及与之对应的无烧蚀经典瑞利-泰勒不稳定性(CRTI)问题。ARTI是惯性约束聚变(ICF)、国防研究和天体物理的重要问题。ARTI限制内爆速度的提高，是影响ICF中心点火的关键问题。在预热烧蚀RTI射流状spike形成机制、弱预热ARTI基模spike断裂机制、弱预热ARTI弱非线性、RTI线性增长的磁场和量子效应、RTI高阶非线性饱和幅度、柱几何RTI弱非线性等研究中，取得了国际创新性成果，对于理解ICF、国防和天体物理中RTI问题，对于ICF点火靶设计，有重要科学意义和应用价值。在ICF激光间接驱动中心点火内爆流体不稳定性问题研究中，提出了燃料低阶模面密度不均匀性降低内爆动能转化为聚变燃料压缩内能的效率是造成点火失败的重要原因，获得了点火能量要求对面密度扰动幅度的依赖函数关系，获得了点火靶丸外烧蚀面、中间物质界面和热斑界面的流体不稳定性发展规律的认识，对ICF内爆物理研究和点火靶设计有十分重要的应用价值。神光II装置间接驱动ARTI实验获得了基模、二次和三次谐波增长的定量数据，与辐射流体程序LARED－S的二维模拟一致，考核了LARED－S程序的可靠性，定量实验数据也验证了ARTI理论预测。