我國ICF黑腔動理學效應研究取得重要進展

2021-02-10 MRE期刊

    日前，Physical Review Letters （IF=8.462）發表了中國工程物理研究院慣性約束聚變（ICF）團隊關於ICF黒腔動理學效應研究的最新科研進展。論文第一作者為單連強副研究員，通訊作者為蔡洪波研究員和谷渝秋研究員。

    慣性約束聚變（ICF）點火的實現必將是人類科學技術史上璀璨的明珠。目前，以世界上最大的雷射裝置-美國國家點火裝置（NIF）為代表的點火計劃已經實現了顯著的a粒子自加熱，但是自持燃燒點火尚未實現。經過多年的研究，人們發現基於ICF領域最完善的輻射流體程序仍然難以完全預測實驗結果。例如實驗觀測到的面密度比流體模擬的面密度低10%~20%，近真空黑腔中熱斑芯部低階模不對稱性的實驗結果和流體模擬結果出現明顯偏差等等。在眾多「嫌疑因素」中，ICF黑腔中等離子體動理學效應尤為可疑，也是近期ICF領域的關注熱點。動理學效應一般發生在離子間碰撞平均自由程大於特徵空間尺度的區域內，包括等離子體之間存在顯著的相互貫穿、擴散混合、界面電磁場、無碰撞衝擊波等現象。

    由於動理學效應發生時間短、空間局域性強，所需的時空診斷精度需在皮秒和微米量級上，超過了當今診斷儀器的探測能力，實驗表徵是極為困難的；另一方面ICF設計使用的輻射流體程序也不包含動理學物理過程，因而理論模擬方面也是極度缺乏的。NIC點火失敗後，人們逐漸意識到對驅動不對稱性和黑腔物理認識的不足是間接驅動ICF沒有實現點火的主要原因，而腔壁等離子體與靶丸燒蝕等離子體/填充氣體等離子體之間的動理學效應可能與黑腔輻照對稱性調控、近真空黑腔內爆靶丸低階模不對稱性異常等過程直接相關，是迫切需要解決的難題。

    基於這樣的認識，中國工程物理研究院雷射聚變研究中心與北京應用物理與計算數學研究所的科研人員密切配合，通過巧妙的物理方案設計在動理學效應實驗表徵方面取得了突破性進展，解決了困擾ICF領域科學家們多年的挑戰性難題。

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