[發明專利]復雜腔型中聚變靶丸的模擬方法、品質預測方法和系統

有效

• 申請號: 202110909180.5
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113609689B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 景龍飛;江少恩;況龍鈺;張璐;宋天明;黎航;林雉偉;鄭建華;李麗靈
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00
• 代理公司: 佛山市禾才知識產權代理有限公司 44379
• 代理人: 資凱亮;陸應健

本發明公開了一種復雜腔型中聚變靶丸的模擬方法、品質預測方法和系統；模擬方法及其系統主要是求解球幾何下切向電子熱傳導方程時將原拉格朗日網格按切向重新劃分為空間對齊的歐拉網格，利用能量守恒格式的差分方法求解半徑相同的同心球殼電子熱傳導方程，得到修正的物理量，再將修正的物理量重新映射到原拉格朗日網格，作為下一步輻射流體程序Multi1D計算的初始條件，從而補償輻射流體程序Multi1D計算中對切向能量交換過程的忽略，避免采用球諧展開特征函數求解方法造成極點附近較大的偏差，且計算效率大為提升。品質預測方法及其系統根據以上靶丸內爆近三維模擬分析，可給出靶丸內部物質狀態分布，通過后處理即可對內爆品質進行評估和預測。

技術領域

本發明涉及靶丸內爆三維模擬技術領域，尤其涉及一種復雜腔型中聚變靶丸的模擬方法、品質預測方法和系統。

背景技術

利用受控熱核聚變釋放的巨大干凈的能量解決能源問題是人類一直追求的理想。激光間接驅動慣性約束聚變(ICF)是受控熱核聚變的方式之一，利用黑腔將激光能量轉換為X射線，再由X射線燒蝕驅動填充聚變燃料的靶丸發生內爆壓縮和熱核點火燃燒，從而釋放聚變能量。受激光光路排布、瞄準偏差、功率偏差及黑腔開孔、靶丸裝配偏差等因素影響，ICF內爆物理過程是一個極其復雜的三維問題，需要采用模擬工具進行激光、黑腔、靶丸等參數設計及其優化工作。而利用三維輻射流體程序進行全三維高自信度模擬，即使采用1000臺超級計算機也需耗時1個月左右。因此，建立相對簡化、高效而未犧牲物理精度的物理模型，模擬靶丸內爆基本的三維特征，合理預測靶丸內爆性能，對ICF黑腔內爆理論參數設計和實驗數據分析具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提出一種復雜腔型中聚變靶丸的模擬方法，其提出三維視角因子程序IRAD3D和一維輻射流體程序Multi1D實時耦合分析，利用能量守恒格式的差分方法求解切向電子熱傳導方程，考慮電子熱傳導引起的切向能量交換過程，從而簡化三維內爆模擬過程。

本發明還提出一種激光間接驅動慣性約束聚變靶丸的品質預測方法，其根據以上靶丸內爆近三維模擬分析，可給出靶丸內部物質狀態分布，包括物質密度、電子溫度、離子溫度、輻射溫度等狀態量，通過后處理即可對內爆品質進行評估和預測。

本發明還提出一種復雜腔型中聚變靶丸的近三維模擬系統，其用于執行上述的復雜腔型中聚變靶丸的模擬方法。

本發明還提出一種激光間接驅動慣性約束聚變靶丸的品質預測系統，其用于執行上述激光間接驅動慣性約束聚變靶丸的品質預測方法。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種復雜腔型中聚變靶丸的模擬方法，包括以下步驟：

步驟(1)：三維視角因子程序IRAD3D模擬黑腔內輻射場時空分布，進而得到靶丸表面入射能流分布，形成交錯分布的初始同心球半徑相同的球殼網格；

步驟(2)：基于切向電子熱傳導過程，對各球殼網格進行重新劃分，得到一組新的同心球半徑相同的球殼網格坐標；

步驟(3)：將物理量重新映射，具體包括以下步驟：

(3-1)：將原網格中原物理量電子溫度T_e和物質比內能ε映射到新網格中；

(3-2)：求解切向電子熱傳導方程，得到新網格中各修正的電子溫度，根據狀態方程EOS得到各修正后的物質比內能ε₁′和ε₂′；

修正的電子溫度為：

或者為：