高能高密度电子束在ICF稠密靶心区的输运参数研究
批准号:
12075317
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
徐涵
依托单位:
学科分类:
惯性约束等离子体
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐涵
中文摘要
针对高能高密度电子束在ICF的稠密靶心区的输运,近年来国内外陆续发展了一些模拟程序(包括我们的三维PIC-Fluid混合模拟程序HEETS),其中输运参数都是基于一些理论模型,它们在大于100eV的高能区与实际符合得很好,但在低能区却相差很大。获得温稠密区域的输运参数是非常困难的,目前主要采用时变量子分子动力学TD-QMD方法计算输运参数,尽管精度较高,但计算量太大,只能提供少数数据点作为其它方法基准。通过TD-QMD的少量数据点难以拟合出整个温度、密度区间的2D曲面。本申请拟结合平均原子模型和流体统计模型, 发展一种计算量较小,具有合理精度的参数计算方法,并研制相应的计算程序。结合我们现有的HEETS程序,对ICF中的高能电子在高密度靶心区域的输运过程进行模拟研究,寻求增强超热电子能量沉积效率的方法。对解释ICF中的实验数据、设计物理实验具有实用价值。
英文摘要
It is crucial important to study the transport of high-energy and high-density electron beams in the dense core region in ICF. Recently, some simulation programs have been developed (including our three-dimensional PIC-Fluid hybrid simulation program HEETS), in which the transport parameters are based on some theoretical models. They are in good agreement with reality in high temperature regime (>100 eV), but differ greatly in low temperature regime. It is very difficult to obtain the transport parameters in the warm and dense region. The time dependent quantum molecular dynamics method TD-QMD is main method to obtain these transport parameters. The TD-QMD is accurate but very massive calculation, which is suitable to provide a few data points as the benchmark for other methods. Because the transport parameters usually change dramatically with ion density and electron temperature, it is difficult to fit a 2D surface of the entire temperature and density range with a small number of TD-QMD data points. This projection intends to develop a parameter calculation method by combining the average atomic model and fluid statistical model, which method can be expected a reasonable accuracy and modulate calculation cost. We will develop a corresponding code, which can be used in our existing HEETS program to study the transport process of fast electrons in dense core regime of ICF and to try to find some method of the enhancement of energy deposition of these fast electrons. Our projection is of practical value for interpreting experimental data in ICF and designing physical experiments.
报告正文全面概述了研究计划的执行情况及主要创新成果。项目团队通过结合改进的高能量密度区电导率和热导率模型,设计了平均原子模型结合统计流体方法(AA+OZ)计算强耦合等离子体中的输运参数,增强了对电子传输机制的理解,提高了电子输运参数的计算精度,并通过这些新的参数和模型对超热电子的能量损失进行了深入的研究,取得了一些进展,这些进展包括:.(1)惯性约束聚变(ICF)中常见材料的电导率和热导率模型进行了模型化改进,形成了一系列数据曲线,这对于理解超热电子的输运性质至关重要。.(2)在新的输运参数模型基础上开发的混合程序HEETS中,增设了热核聚变的模块,特别针对α粒子的输运算法,这一程序未来将成为聚变研究的重要数值工具。.(3)团队通过这一新的参数数据,对聚变中,特别是快点火过程中高能电子在强耦合等离子体条件下的输运过程,辐射特性等进行了一系列研究,例如通过利用碳纳米管泡沫,这项研究不仅提高了对软X射线的产出效率。.(4)通过对聚变靶进行高Z元素掺杂,能够显著提高快速点火聚变中的离子加热和中子产量。其中,使用0.16%的钼掺杂能够使激光脉冲下的中子产量提高3倍,为未来的聚变研究提供了新的技术路径。.(5)项目团队还就快点火(FI)与中心点火的不同,通过等容压缩和局域加热,可以有效降低聚变对激光能量的需求,为未来的聚变实验设计提供参考。.在项目开展器件,获得省部级中物院科技创新一等奖1项(省部级),军队科技进步二等奖1项。培养2名博士博士,1名硕士。
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