激光聚变有望一劳永逸地解决人类的能源问题,因而受到国际社会的普遍重视,一直是国际研究的前沿热点.目前实现激光惯性约束聚变所面临的最大科学障碍(属于内禀困难)是对内爆过程中高能量密度流体力学不稳定性引起的非线性流动的有效控制,对其研究涵盖高能量密度物理、等离子体物理、流体力学、计算科学、强冲击物理和高压原子物理等多个学科,同时还要具备大规模多物理多尺度多介质流动的数值模拟能力和高功率大型激光装置等研究条件.作为新兴研究课题,高能量密度非线性流动问题充满了各种新奇的现象亟待探索.此外,流体力学不稳定性及其引起的湍流混合,还是天体物理现象(如星系碰撞与合并、恒星演化、原始恒星的形成以及超新星爆炸)中的重要过程,涉及天体物理的一些核心研究内容.本文首先综述了高能量密度非线性流动研究的现状和进展,梳理了其中的挑战和机遇.然后介绍了传统中心点火激光聚变内爆过程发生的主要流体力学不稳定性,在大量分解和综合物理研究基础上,凝练出了目前制约美国国家点火装置(NIF)内爆性能的主要流体不稳定性问题.接下来,总结了国外激光聚变流体不稳定性实验物理的研究概况.最后,展示了内爆物理团队近些年在激光聚变内爆流体不稳定性基础性问题方面的主要研究进展.该团队一直从事激光聚变内爆非线性流动研究与控制,以及聚变靶物理研究与设计,注重理论探索和实验研究相结合,近年来在内爆重要流体力学不稳定性问题的解析理论、数值模拟和激光装置实验设计与数据分析等方面取得了一系列重要成果,有力地推动了该研究方向在国内的发展.
王立锋;吴俊峰;范征锋;薛创;李纪伟;王帅;杭旭登;缪文勇;袁永腾;涂绍勇;尹传盛;叶文华;曹柱荣;邓博;杨家敏;江少恩;董佳钦;方智恒;贾果;谢志勇;黄秀光;傅思祖;陈竹;郭宏宇;李英骏;程涛;高振;方丽丽;王保山;王英华;曾维新;卢艳;旷圆圆;李永升;赵振朝;陈伟;戴振生;谷建法;葛峰峻;康洞国;张桦森;乔秀梅;李蒙;刘长礼;丁永坤;申昊;许琰;高耀明;刘元元;胡晓燕;徐小文;郑无敌;邹士阳;王敏;朱少平;赵凯歌;张维岩;贺贤土;张靖;李志远;杨云鹏
北京应用物理与计算数学研究所,北京100094北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室工学院,北京100871中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所,上海201800中国矿业大学(北京) ,北京100083中国海洋大学数学科学学院,山东青岛266100安徽大学物理与材料科学学院,合肥230039
数理科学
激光聚变;惯性约束聚变;流体力学不稳定性;高能量密度物理;非线性流动;辐射流体力学;内爆物理
《强激光与粒子束》 2021 (001)
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国家自然科学基金项目(11575033,11675026,11975053,11805003,11871443):中国博士后科学基金项目(2019M660311,2019M660560)
10.11884/HPLPB202133.200173
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