1 江汉大学,省部共建精细爆破国家重点实验室,武汉 430023
2 爆破工程湖北省重点实验室,武汉 430023
针对高层楼房双向折叠爆破技术在工程应用中总体方案和关键参数选择缺乏计算依据的问题,对折叠爆破方案的定量化设计方法进行了研究。建立了楼房折叠爆破的运动学模型,并基于动力学模型和工程案例分析,提出了爆破切口位置、起爆顺序、起爆延时等主要参数的设计准则:爆破切口应2~3个为宜,且各分段的质量应接近;每段的高宽比应大于2;相邻切口的开口方向应相反,底部切口应朝向宽敞的区域;各切口的起爆顺序应自上而下;相邻切口的最小起爆时差约等于上部切口起爆后转动1°~2°的时间,最大起爆时差等于上部切口闭合的时间;合理的起爆时差应确保在任何爆破切口闭合前,楼房在空中呈Z字形。通过19层楼房的爆破实例,验证了设计准则和运动学模型的合理性。
拆除爆破 钢筋混凝土楼房 双向折叠爆破 设计方法 demolition blasting,reinforced concrete building bidirectional folding implosion design method
强激光与粒子束
2022, 34(12): 122002
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心 等离子体物理重点实验室,四川 绵阳 621900
2 北京大学 物理学院,北京 100871
为了在百kJ高功率激光装置上建立D3He质子照相平台,采用一维辐射流体程序Helios-CR对D3He爆推靶质子产生进行了模拟,综合考虑多种因素给出在百千焦高功率激光装置上开展质子照相所需要的激光和靶球建议参数。结合激光装置现有条件,分析了在1015 W/cm2左右激光强度下D3He质子产额随靶球半径、激光强度、充气压力和SiO2球壳厚度等参数的变化规律,给出了靶球半径300 μm,内充D3He气体压强1.8 MPa,SiO2球壳厚度3.5 μm左右等优化参数,预计此条件下D3He质子产额可达109~1010。通过模拟得到的质子产额变化规律,为质子照相平台的正式建立和实验参数选取提供了参考。
直接驱动 爆推靶 单色质子源 direct drive implosion exploding pusher target monochromatic proton source 强激光与粒子束
2022, 34(12): 122003
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心 等离子体物理重点实验室,四川 绵阳 621900
提出了一种基于混合像素探测器作为记录介质的用于激光聚变内爆D3He质子源能谱和产额测量的在线磁谱仪诊断系统。通过对探测器上特征团簇数目和能量的识别,结合诊断系统排布,可以快速获取激光聚变反应产生的D3He质子源的能谱和产额。在神光装置上对该诊断系统进行了测试。实验使用31束纳秒激光聚焦到靶丸上驱动聚变反应。靶丸内充有原子比1∶1的D2和3He的混合气体。在线磁谱仪诊断系统测量到了中心能量在14.6 MeV、半高全宽为2.1 MeV、产额约(2.3±0.13)×109的初级D3He质子能谱。该系统的建立可以实时给出D3He质子源能谱和产额信息,从而更加及时地指导实验的开展。
激光聚变 内爆 质子能谱 在线诊断 laser fusion implosion proton spectrum online diagnosis 强激光与粒子束
2022, 34(5): 052001
Author Affiliations
Abstract
1 Graduate School of Engineering, Osaka University, Suita, Osaka565-0875, Japan
2 Institute of Laser Engineering, Osaka University, Suita, Osaka565-0871, Japan
3 ETSI Aeronáutica y del Espacio, Universidad Politécnica de Madrid, 28040Madrid, Spain
Microtube implosions are a novel scheme to generate ultrahigh magnetic fields of the megatesla order. These implosions are driven by ultraintense and ultrashort laser pulses. Using two- and three-dimensional particle simulations where megatesla-order magnetic fields can be achieved, we demonstrate scaling and criteria in terms of laser parameters, such as laser intensity and laser energy, to facilitate practical experiments toward the realization of extreme physical conditions, which have yet to be realized in laboratories. Microtube implosions should provide a new platform for studies in fundamental and applied physics relevant to ultrahigh magnetic fields.
microtube implosion megatesla magnetic field ultraintense laser High Power Laser Science and Engineering
2021, 9(4): 04000e56
1 北京应用物理与计算数学研究所,北京 100094
2 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
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
4 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所,上海 201800
5 中国矿业大学(北京),北京 100083
6 中国海洋大学 数学科学学院,山东 青岛 266100
7 安徽大学 物理与材料科学学院,合肥 230039
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。
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 laser fusion inertial confinement fusion hydrodynamic instability high-energy-density physics nonlinear flow radiation hydrodynamics implosion physics 强激光与粒子束
2021, 33(1): 012001
强激光与粒子束
2020, 32(9): 092007
强激光与粒子束
2020, 32(9): 092010
1 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
2 中国工程物理研究院 研究生院, 北京 100088
3 北京大学 应用物理与技术研究中心, 北京 100871
系统地梳理了激光间接驱动点火靶内爆压缩的物理过程, 使用理论方法和一维流体力学模拟给出了靶丸内爆过程中的关键定标律公式。通过这些定标律公式获得了在给定黑腔辐射温度、飞行熵增因子、整形速度和烧蚀材料的条件下, 靶丸装量--半径参数空间的点火岛区域。研究了靶丸性能参数随辐射温度、飞行熵增因子等的变化规律: 当靶丸所处黑腔辐射温度升高时, 内爆的稳定性将变好; 设计上在靶丸装量不变的条件下, 靶丸半径需要减小。当靶丸的飞行熵增因子增大时, 内爆增益略微减小, 内爆稳定性变好; 但是点火阈值因子减小导致点火岛的区域变窄。当靶丸的整形速度增大时, 点火岛的区域略微变大, 内爆稳定性变化不显著; 设计上在靶丸装量不变的条件下, 需要增大靶丸半径, 这会导致靶丸壳层形状因子变大。当改变靶丸烧蚀材料, 提高质量烧蚀速率与烧蚀压时, 能量增益变大且稳定性增强; 设计上在靶丸装量不变的条件下, 需要减小靶丸半径。
激光聚变 间接驱动 内爆动力学 靶丸设计 定标律 laser fusion indirect-driven implosion dynamics capsule design scaling law 强激光与粒子束
2019, 31(6): 062001
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
六通黑腔是我国独立自主设计的新型激光惯性约束聚变驱动腔型。在大型激光装置上采用全束组注入方式, 首次获得了新型六通黑腔10~20倍收缩比综合内爆完整配套实验数据, 实现最高YOC2D(实验产额/二维模拟产额)达80.4%的综合内爆性能。
激光间接驱动 六通黑腔 内爆 laser indirect-driven six-port-cylindrical hohlraum implosion 强激光与粒子束
2018, 30(11): 110101