2-35 CD靶的一维流体力学等当性

罗平庆 张永慧 张维岩

　　近十来年对塑料壳氘氚冰靶（CD靶）进行过不少研究，而且拟在新的大激光装置上深入研究。利用现有成果，预测在大装置上可能实现的目标，提出新装置和CD靶的参数需求，对于规划发展十分重要。流体力学等当性研究是重要的手段，已有一些结果发表。

　　应该从自模拟解和现象相似角度进行讨论。在一维理想流体力学方程组中仅含时间和空间的一阶微分项，这是具有等当性的基础。但是还必须考虑系统结构、初始条件和边界条件。例如突然以常速u抽动平面活塞引发自模拟中心稀疏波；对于爆炸能量为E的点爆炸自模拟解，在正比于E^1/3的距离或时刻，其波阵面的压强相同。这些解都是与具体的边界条件和初始条件有关。另外，现象相似理论提示我们应该关注无量纲量的相似性。

　　通常，对于单介质的理想流体才可能有等当性。图1是CD靶的示意图，图2是直接驱动激光功率时间波形，为线性预脉冲接平方变化的主脉冲。氘氚冰以内区域可以忽略热传导，已有作者指出人为黏性对等当性的影响弱；同时由于氘氚冰以内区域结构简单和氘氚冰的状态方程与理想气体差别不大，可近似根据RµE^1/3选择空间尺寸，E为激光能量。除按tµE^1/3确定脉宽t₁和t₂外，还应考虑主脉冲和预脉冲的最大功率比值z大小。对于激光吸收区和热传导区由于热传导项（二阶空间微分）影响大，应该根据热传导和激光吸收效应的基本相似选择烧蚀壳厚度，并考察厚度影响。

　　以H.Takabe使用的靶（图1）和4.8MJ能量、三倍频激光、t₁=27ns和t₂=12ns为基本模型，并且选择10kJ能量的模型对比进行研究。氘氚冰的尺寸和脉宽按照定标关系确定，z值取50~140，小能量靶塑料壳厚度取为12~14mm。研究表明优化模型的z 值在120左右，两种靶的氘氚冰的内外边界轨迹、燃料区最大密度的时间和空间分布，燃料区能量利用率和动态形状比等无量纲量的时间变化具有较好的等当性。当小能量靶的烧蚀壳厚度变化2m m时对等当性趋势影响不大。