2-44 非平衡X光辐照平面金靶的数值模拟

许 琰 赖东显 冯庭桂

　　在惯性约束聚变中，多束激光通过入射孔注入由高Z介质组成的腔内，形成若干光斑。置于腔靶中心的内爆靶丸同时受到光斑发射和再发射的辐照。由于光斑周围的腔壁面积所占的比例较大，靶丸的吸能效率及辐照均匀性与腔壁的反照特性密切相关。

　　在非平衡X光辐照Au靶的数值模拟中，假设介质处于局部热动平衡，光与物质相互作用考虑了线、光电和轫致过程。计算是由一维多群辐射输运程序完成的。该程序求解光子输运方程、流体的质量守恒方程和动量守恒方程及电子和离子的能量方程。求解光子输运方程采用Sn方法，并用电子温度人为散射迭代方法来处理光与物质的强耦合问题。

　　计算模型参数：最大的入射辐射流S_i=1.2´10¹⁴W/cm²，脉宽0.616ns(FWHM)，入射谱N带与O带峰值之比为0.6，光子分群数为100，入射方向与靶法向夹角为30.5° 。平面Au靶的厚度为2mm，前0.5mm和后1.5mm以等分的原则各设50个网格点。在Au介质中，多群光子输运计算得到的辐射烧蚀图像在定性上与单群结果相同。

　　从烧蚀面到受到X光辐照的自由面，电子温度的空间分布可分为三区：陡峭上升的波头区、缓慢上升的过渡区和平缓变化的电晕区，而密度单调下降。在定量上，两者的结果是有区别的。检验初始深度0.295m m处的辐射谱随时间的变化。在t=0.4ns，光与物质未达到平衡，较低频光较少，而较高频光较多(见图1)。该处电子温度和流体密度分别为0.33百万度和7.18g/cm³，处于波头区。在 t=0.6ns，光与物质接近达到平衡。可见，光与物质达到平衡的弛豫过程较快，但在烧蚀波头是不平衡的。

　　这一性质使多群计算的辐射烧蚀深度比单群深。在t=2.0ns，多群和单群计算得到的辐射烧蚀深度分别为1.37mm和1.19mm。计算还给出反照率随时间上升曲线，其值约0.8(峰值时刻)，与国外实验室的结果大体相同。

　　为了鉴别靶面出射谱的特性，令每一时刻向外辐射的总辐射强度与平衡总辐射强度相等，定义出靶表面等效电子温度T_eq。图2是四个时刻出射谱的计算结果。与相应平衡谱比较表明，出射谱接近平衡谱，非平衡X光辐照Au介质得到有效改造，但在其峰区谱形有畸变。

　　根据公式I_g=ò₀B_g(T_e)exp(-t_g)dt_g，靶中每点的发射对g群表面辐射强度都有贡献，其贡献大小依赖于该点的温度和g群光子的光学厚度t_g。分析表明，畸变区的光子在温度较高的晕区的光学厚度较小。在由晕区电子温度和密度确定的吸收系数谱中，该区对应于N、O带吸收峰之间的谷区。这说明计算的出射谱特性与辐射参数密切相关。