Z箍缩动态黑腔的优化和定标研究

Z pinch plasma radiation source is the most intense laboratory soft X ray source up to date, with the application to high energy density plasma, laboratory astrophysics and inertial confinement fusion (ICF). The proposal will implement the optimization and scaling study of Z pinch dynamic hohlraum (ZPDH), seeking for the possible optimization strategy and finding the scaling of the radiation field's performance with the drive current, such as the radiation temperature. The ablative standoff effect is adopted to decouple the cylindrical shock propagation with the spherical capsule implosion. The physical condition for the ablative standoff effect and the principle of shock propagation under the effect will be investigated. The shaping of foam convertor is the potential method to optimize ZPDH. The effect of the addition of compact layers with different material and geometry on ZPDH will be studied to find the convertor shaping manner required by optimizing ZPDH and the associated requirements for the shaped convertor. A simplified model including the effects of the ablative standoff and Rayleigh–Taylor (RT) instability on ZPDH will be built. Taking advantage of the model, the dependence of the characteristic quantity of the radiation field on the initial parameter of the hohlraum will be found and the achieved scaling of radiation temperature on the drive current can be used to predict and evaluate the issuees of Z pinch driven ICF.

Z箍缩等离子体辐射源是目前实验室最强的软X射线源，可应用于高能量密度物理、实验室天体物理和惯性约束聚变。本项目将开展Z箍缩动态黑腔的优化和定标研究，寻找可能的优化方法并得出辐射场性能（如，辐射温度）随驱动电流的定标关系。烧蚀离岸效应被用于解耦圆柱激波传播与球形靶丸内爆，其实现的物理条件和相应的激波传播规律将被研究。泡沫转换体的整形是优化Z箍缩动态黑腔的潜在方法，不同材料和几何的外加致密层对动态黑腔的影响将被探索，以期找到优化动态黑腔所需的转换体整形方式和相应的参数要求。一个包含了烧蚀离岸和瑞丽泰勒不稳定性对动态黑腔的影响的简化模型将被建立。利用该模型，特定驱动器水平下，辐射场特征量随黑腔初始参数的依赖性将被找到，给出的辐射温度随驱动电流的定标关系可用于Z箍缩动态黑腔驱动惯性约束聚变问题的预测和评估。

Z箍缩等离子体辐射源是目前实验室最强的软X射线源，可应用于高能量密度物理、实验室天体物理和惯性约束聚变。本项目针对Z箍缩动态黑腔开展了理论和数值模拟研究，获得了Z箍缩动态黑腔形成过程的典型物理图像，并发现了Z箍缩动态黑腔辐射场随特征参数的变化规律。Z箍缩动态黑腔是通过金属（典型地，钨）丝阵消融产生的Z箍缩等离子体在内爆过程中与泡沫转换体发生碰撞而形成；其形成过程可以分为两个物理阶段来研究：能量热化阶段和辐射传播阶段。在能量热化阶段，Z箍缩等离子体与泡沫转换体发生碰撞，在Z箍缩等离子体和泡沫转换体做产生反向传播的两个冲击波并发生能量热化，Z箍缩等离子体损失的动能逐渐转化为参与碰撞的泡沫的内能，直至碰撞产生的向外冲击波到达Z箍缩等离子体外界面，热化完成。在辐射传播阶段，热化的泡沫等离子体产生辐射向内传播，形成接近空间均匀的辐射场，可用于驱动惯性约束聚变靶丸实现聚变点火。首先，聚焦于能量热化过程，建立了一个简化模型来研究Z箍缩等离子体与泡沫转换体的碰撞，通过优化物质温度发现了它们之间存在的匹配质量比。匹配质量比几乎不受转换体初始半径影响，但是敏感依赖于Z箍缩等离子体的质量和初始半径。还研究了在更高驱动电流下的匹配关系，发现匹配的质量比主要由Z箍缩等离子体的初始半径决定。然后，利用辐射流体力学程序，研究了典型动态黑腔辐射场的形成过程，并考察了特定驱动器水平下，辐射场特征量随黑腔初始参数的变化规律。本研究获得的Z箍缩动态黑腔辐射场的物理理解及辐射温度定标关系可用于Z箍缩动态黑腔驱动惯性约束聚变问题的预测和评估。