The Blind Implosion-Maker - Automated Inertial Confinement Fusion experiment design
惯性约束聚变实验的设计，以及改进能量密度物理学理论和实验方法的发展，是寻求核聚变作为可行能源的关键挑战之一。最近的挑战，在实现高产量的内爆在国家点火装置（NIF）导致了新的兴趣，考虑一个更广泛的设计参数空间比通常研究。在这里，我们报告的算法方法，可以产生合理的ICF设计与最小的假设。特别是，我们使用遗传算法元启发式，其中的“人口”的内爆模拟，胶囊的设计是由一个“基因组”，自然选择删除不良的设计，高品质的设计是“交配”彼此的基础上，他们的产量，和设计进行“突变”，以引入新的想法。我们证明了该算法需要约5x10^4次模拟才能找到原始的NIF设计。我们还将这种方法与设计过程的其他部分联系起来，并期待一个完全自动化的ICF实验设计过程-将ICF从实验设计问题转变为算法设计问题。
2019-05-20 physics.plasm-ph
Distortions in Charged-Particle Images of Laser Direct-Drive Inertial Confinement Fusion Implosions
本文研究了ICF内爆带电粒子图像畸变问题，提出丝状场散射模型并通过粒子追踪合成数据验证其最佳匹配观测畸变，同时探讨了该机制对其他诊断的影响。
2025-04-07 physics.plasm-ph
Synthetic Nuclear Diagnostics for Inferring Plasma Properties of Inertial Confinement Fusion Implosions
一套合成核诊断已经开发后处理辐射流体动力学模拟与代码嵌合体。这些提供了基于模拟胶囊特性的实验观测值，并用于评估替代实验和数据分析技术。这些诊断包括中子能谱、一次和散射中子成像、中子活化、$γ$ -射线时间历程和碳$γ$ -射线成像。分析了中子能谱的新特征，以推断等离子体参数。nT和nD反向散射边缘已被证明可以提供壳体速度测量。面密度不对称性低模式扰动已推断从下散射光谱的斜率下降到10兆电子伏。中子活化诊断显示出显着的混淆高模式面密度不对称性时，观察胶囊内爆与三维多模扰动应用。碳$γ$射线成像可用于高会聚比的烧蚀层成像。融合和碳$γ$信号的时间历程表明，与对称模拟相比，扰动情况下峰值强度之间的时间差更大。
2019-02-07 physics.plasm-ph
Observation of interspecies ion separation in inertial-confinement-fusion implosions
我们报告的直接实验证据，种间离子分离的直接驱动，惯性约束聚变实验的欧米茄激光设备。这些实验使用具有D $_2$ /Ar气体填充物（按原子计1% Ar）的塑料胶囊，具体设计为通过利用大质量和电荷差异的离子种类之间的预测的强离子热扩散来揭示种类间离子分离。通过对成像X射线光谱数据的详细分析，我们提取了不同时间的Ar原子分数径向分布，并观察到与初始1% Ar气体填充相比的增强和耗尽。实验结果解释与辐射流体动力学模拟，包括最近实施的，种间离子扩散的第一性原理模型。实验推断的Ar原子分数的配置文件同意合理，但不完全，与计算的配置文件与传入和反弹的第一冲击。
2016-09-30 physics.plasm-ph
A theoretical model for quantifying the imprinting sensitivity of direct-drive inertial confinement fusion implosions
Shanghai Institute of Laser Plasma（上海激光等离子体研究所）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；CAS Key Laboratory of Frontier Physics in Controlled Nuclear Fusion（可控核聚变前沿物理中国科学院重点实验室）；Collaborative Innovation Center of IFSA, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学国际前沿科学创新协同创新中心）
该研究提出了一种理论模型，用于量化直接驱动惯性约束聚变侵入对激光印迹的敏感性，并通过实验验证了目标扰动主导的条件。
2026-08-05 physics.plasm-ph
Code O-SUKI-N 3D: Upgraded Direct-Drive Fuel Target 3D Implosion Code in Heavy Ion Inertial Fusion
Code O-SUKI-N 3D是2D Code O-SUKI（Comput.物理通信240，83（2019））。O-SUKI-N 3D程序是一个完整的重离子束惯性约束聚变（HIF）直接驱动核聚变芯块燃料内爆、点火和燃烧的三维模拟程序系统，由拉格朗日流体内爆程序、数据转换程序和欧拉流体内爆、点火和燃烧程序3个程序组成。Code O-SUKI-N 3D还可以与OK 3的HIB照明和能量沉积程序（COMPUT.物理通信181，1332（2010））。利用三维拉格朗日流体程序计算了球形靶内爆的三维行为，直到燃料内爆的空洞闭合之前。然后将拉格朗日内爆程序得到的数据转换为三维欧拉程序得到的数据。在三维Euler程序中，计算了DT燃料在滞止、点火和燃烧时的压缩。代码O-SUKI-N三维模拟系统提供了计算和研究HIF目标内爆动力学的能力。
2021-04-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Comment on 'Evidence for Stratification of Deuterium-Tritium Fuel in Inertial Confinement Fusion Implosions'
Casey等人报道了最近在OMEGA激光装置上进行的内爆实验。[1]与DT聚变反应相比，显示出异常低的DD质子产额和高的TT中子产额，这被解释为内爆核中燃料的分层。我们认为，在压缩阶段，燃料处于不平衡状态.离子向内加速到速度v0，与粒子类型无关。屈服比简单地由在相同速度下获得的熔合横截面的比率给出。一个“哈勃”型模型也给出了数据的合理描述。这些考虑可能也与国家点火装置的内爆实验有关。
2013-03-19 nucl-ex nucl-th physics.plasm-ph
Review of Heavy-Ion Inertial Fusion Physics
本文综述了重离子惯性聚变（HIF）的最新研究成果，包括聚变堆中的重离子束（HIB）输运物理、HIB对直接驱动燃料靶的辐照、燃料靶物理、HIF靶内爆的均匀性、目标内爆非均匀性和鲁棒内爆的平滑机制。HIB具有在惯性聚变中释放聚变能量的显著优选特征：在粒子加速器中，HIB以约30- 40%的高驱动器效率产生，并且HIB离子将其能量沉积在材料内部。因此，对聚变靶能量增益的要求相对较低，这将是~50-70以操作具有1GW电力的标准能量输出的HIF聚变反应堆。HIF反应器的操作频率将为约10~15 Hz。几个兆焦耳的HIB照亮聚变燃料目标，燃料目标内爆至固体密度的约一千倍。然后DT燃料被点燃并燃烧。HIB离子沉积范围由HIB离子停止长度限定，取决于材料，其将为约1 mm。因此，在燃料靶材料中出现相对大的密度尺度长度。惯性聚变的关键问题之一是球形均匀目标压缩，这将被非均匀内爆降级。瑞利-泰勒（R-T）不稳定性会引起内爆的不均匀性，较大的密度梯度尺度长度有助于降低R-T增长率。
2015-11-20 physics.plasm-ph
Hot-spot model for inertial confinement fusion implosions with an applied magnetic field
本文开发了考虑轴向磁场引起的二维Braginskii各向异性热流的半解析热斑模型，解释了磁化对径向温度分布的影响，并预测了中心温度放大和产额增强，与NIF实验数据吻合。
2025-02-28 physics.plasm-ph
Uniformity of fuel target implosion in Heavy Ion Fusion
在惯性约束聚变中，驱动光束的照明不均匀性、聚变堆燃料靶的对准误差、靶的制造缺陷等都会引起靶的内爆非均匀性。为了保证聚变动力装置的稳定运行，靶的内爆必须对内爆非均匀性具有鲁棒性。本文首先讨论了内爆均匀性的要求。内爆均匀性应小于百分之几。还对燃料热点动力学进行了研究，结果表明，停滞的等离子体流体在燃料停滞的最后阶段显着增强了涡度。然后简要讨论了重离子惯性聚变中重离子束辐照非均匀性的抑制机理。在能量吸收体中出现密度谷，并且大规模的密度谷还用作辐射能量约束层，其有助于辐射能量平滑。在HIF中，还引入了摆动重离子束照射来实现均匀的内爆。在摆动HIBs照射中，照射不均匀性在HIF目标上在时间和空间上振荡。增强HIB能量沉积可通过其对HIB照射不均匀性的平滑效应以及还通过对瑞利-泰勒不稳定性的生长缓解效应而有助于降低HIB的照射不均匀性。
2014-12-11 physics.plasm-ph
Magneto Inertial Fusion Based on a Cusp Field Configuration
研究了激光驱动磁通压缩中预种子磁场的尖形位形。所提出的配置提供了比参考文献[O. V. Gotchev等人，聚变能源杂志27（2008）25-31。从而导致更好的热聚变等离子体的磁绝缘。我们建立的模型考虑了（i）磁化靶内爆，（ii）磁通量压缩，（iii）磁阱中的粒子损失。控制该过程的关键参数是内爆时间与粒子损失时间的比率。
2009-12-01 physics.plasm-ph
Effects of alpha stopping power modelling on the ignition threshold in a directly-driven Inertial Confinement Fusion capsule
α粒子能量沉积机制改变了氘氚热核聚变反应的点火条件，是实现惯性约束聚变内爆高增益的关键。本文用Multi-IFE [R. Ramis和J. Meyer-ter-Vehn，Comp.Phys.Comm.203，226（2016）]，以模拟由激光束直接照射的胶囊的内爆。α能量沉积的扩散近似已被用来优化对应于不同的内爆速度的三个激光轮廓。在Multi-IFE中已经包括了Monte-Carlo包来计算α能量传输，并且在这种情况下，能量沉积使用LP [C.K. Li和R. D. Petrasso，Phys. Rev. Lett. 70，3059（1993）]和BPS [L.S.布朗，D.L. Preston和R.L.小辛格尔顿，410，237（2005）]停止功率模型。保持恒定内爆速度的位似变换已被用来绘制边缘点火和高增益配置之间的过渡区。由两个模型提供的结果进行了比较，发现-接近点火阈值-为了产生相同的聚变能量，与BPS模型进行的计算需要约10%以上的投资能量相对于LP模型。
2017-02-24 physics.plasm-ph
Observation and modeling of interspecies ion separation in inertial confinement fusion implosions via imaging x-ray spectroscopy
我们报告了在直接驱动ICF实验中通过光谱、时间和空间分辨成像X射线光谱数据在OMEGA激光设备上进行的种间离子分离的第一个直接实验证据[S. C. Hsu等人，EPL 115，65001（2016）]。这些实验的设计基于这样的预期，即物种间离子热扩散对于具有大质量和电荷差异的物种将是最强的。靶是填充有D2和微量Ar（按原子计0.1%或1%）的球形塑料壳。Ar K壳层光谱特征主要观察到的时间之间的第一冲击收敛和稍早中子爆炸时间，使用时间和空间的集成光谱仪，条纹晶体光谱仪，和两个门控多单色X射线成像仪沿准正交线的视线。详细的光谱分析的空间分辨Ar K-壳线显示偏离初始的1%的Ar气体填充，并显示在不同的时间和径向位置的内爆的Ar浓度增强和耗尽。实验结果解释与辐射流体动力学模拟，包括最近实施的，种间离子扩散的第一性原理模型。实验推断的Ar原子分数的配置文件同意合理的计算配置文件与传入和反弹的第一冲击。
2017-02-14 physics.plasm-ph
An Eulerian Vlasov-Fokker-Planck Algorithm for Spherical Implosion Simulations of Inertial Confinement Fusion Capsules
提出了一种数值算法，实现了惯性约束聚变（ICF）密封舱内爆的相空间自适应欧拉VFP（Eulerian Vlasov-Fokker-Planck）模拟。该方法依赖于扩展最近的质量，动量和能量守恒相空间移动网格自适应策略，球面几何。在位形空间，我们采用网格运动偏微分方程（MMPDE）的策略，而在速度空间，网格的扩展/收缩和移动的等离子体的演变温度和漂移速度。网格运动是通过将基本的VFP方程转换成计算（逻辑）坐标来处理的，由此产生的惯性项被仔细离散化以确保守恒。为了处理球内爆系统的空间和时间变化的动力学，我们提出了一种新的非线性镇定策略的MMPDE的位形空间。该策略依赖于一个非线性优化过程，优化网格质量和体积变化率之间的网格，以确保解决方案的准确性和稳定性。ICF胶囊的内爆由几个边界条件驱动：1）弹性移动壁边界; 2）时间相关的麦克斯韦Dirichlet边界;和3）压力驱动的拉格朗日边界。其中，压力驱动的拉格朗日边界驱动器是新的知识。我们的策略的实施是通过一组测试问题，包括Guderley和Van-Dyke内爆问题验证-有史以来第一次报告使用Vlasov-Fokker-Planck模型。
2021-01-13 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Using Sparse Gaussian Processes for Predicting Robust Inertial Confinement Fusion Implosion Yields
在这里，我们提出了一个先进的稀疏高斯过程为基础的机器学习算法预测的挑战，惯性约束聚变（ICF）实验的产量的应用。该算法是用来调查的参数空间的一个非常强大的ICF设计的国家点火设施，“最简单的设计”，氘氚气体在塑料烧蚀与高斯，普朗克驱动器。特别是，我们表明，i）GPz有可能将预测的不确定性分解为缺乏数据和镜头间变化的不确定性，ii）允许结合科学目标特定的成本敏感学习，例如专注于参数空间的高产部分，iii）在高维中非常快速有效。
2019-10-18 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Simulation and assessment of ion kinetic effects in a direct-drive capsule implosion experiment
第一次模拟采用动力学处理的燃料和壳离子模型惯性约束聚变实验，包括结果表明，在改变聚变燃烧的动力学物理过程的重要性。分析了在OMEGA装置上用氘、氚和氦-3两种不同气体填充进行的一对直接驱动密封舱内爆。在内爆激波收敛过程中，观察到高度非麦克斯韦离子速度分布以及离子种类之间的密度和温度分离。燃料扩散到胶囊壳被确定为一个主要的过程，降低聚变燃烧性能。
2016-10-12 physics.plasm-ph
Species separation and modification of neutron diagnostics in inertial-confinement fusion
采用离子Fokker-Planck模型研究了边缘点火低温DT惯性约束聚变（ICF）靶热点中氘（D）和氚（T）的不同行为。相对于等效的单组分模型，T在靶内爆的停滞阶段具有更高的密度和更高的温度。此外，停滞的热点被发现是较低的密度，但比在单物种的情况下更热。结果，在热点中的熔合反应产率显著增加。聚变中子诊断的内爆发现一个更大的离子温度推导出DT反应比DD反应，与NIF的实验结果吻合得很好。因此，ICF靶设计应明确考虑离子动力学效应。
2014-06-27 physics.plasm-ph
Bounce-free spherical hydrodynamic implosion
在一个无反弹的球形流体动力学内爆中，停滞后的热核等离子体不会逆着内爆流而膨胀。这样的内爆方案具有改善燃烧燃料的停留时间的优点，从而导致更高的聚变燃耗分数。通过显式构造球对称理想流体动力学方程的一族自相似解，证明了无反弹球内爆的存在性。当应用于等离子体衬垫驱动的磁惯性聚变的一个特定的例子，无反弹的解决方案被发现产生至少四个因素的改善停留时间和聚变能量增益。
2011-11-07 physics.plasm-ph
Exploring the parameter space of MagLIF implosions using similarity scaling. I. Theoretical framework
本文提出MagLIF内爆的简化分析模型，通过无量纲分析确定关键参数，并基于相似性缩放理论探索参数空间以估计缩放负载性能。
2023-01-04 physics.plasm-ph
Laser pulse shape designer for direct-drive inertial confinement fusion
研制了一种用于直接驱动惯性约束聚变的脉冲波形设计器，其目标是在保证聚变燃料高压缩的同时，使流体力学不稳定性保持在可容忍的范围内。内爆不稳定性的快速线性分析使设计人员能够以实际的计算成本全面扫描广阔的脉冲配置空间，机器学习有助于将脉冲性能总结为促进脉冲形状演变的隐式缩放度量。设计者通过整合各种数据集来提高其可信度，包括超高精度的模拟或实验。当在双锥点火方案上进行测试时[J. Zhang等人，Phil.横河Soc. A. 378.2184（2020）]，优化的脉冲达到组装要求，显示出显著的印记减轻和绝热成形能力，并且具有在真实实验中实现更好的内爆性能的潜力。该设计器可以有效地替代传统的经验脉冲形状调整过程，减少了工作量和时间消耗。该设计器可用于快速探索新的直接驱动方案的未知参数空间，辅助设计迭代，降低实验风险。
2023-02-09 physics.plasm-ph
Hybrid-drive pressure suppressing implosion instabilities and offering nonstagnation hotspot ignition with low convergence ratio for high-gain inertial fusion
在激光驱动ICF中，直接驱动和间接驱动相结合的混合驱动（HD）提供了一个平滑的HD压力$P_{HD}$，远高于ID和DD中的烧蚀压力，以抑制流体动力学不稳定性。在这封信中，一个新的强大的HD点火目标的模拟表明，最大HD压力高达$P_{HD} \sim$ 650毫巴的驱动下，一种新的“推土机”效应实现，导致非停滞热点点火的收敛比$C_r \sim $ 23，最后，聚变能量增益$\sim$ 10的总激光能量= 1.42兆焦耳。二维模拟已经证实，流体动力学不稳定性被抑制。从不同靶和激光能量的模拟中发现，只要$T_r> 160$ eV，最大HD压力$P_{HD}$（Mbar）= $BE_{DD}^{1/4} T_r$的拟合尺度，其中B是取决于烧蚀材料的常数，以kJ为单位的$E_{DD}$是DD激光能量，以100 eV为单位的$T_r$是取决于ID激光能量$E_{ID}$的辐射温度。热点点火要求$P_{HD}\geq$ 450 Mbar。当$E_{DD}$降低到kJ时，也可以使用“推土机”效应的这种比例。实验证明，对于CH烧蚀体，$P_{HD}$约为3.5倍的辐射烧蚀压力，$E_{ID}=43$ kJ（$T_r \simeq$ 200 eV）和$E_{DD}$ =3.6 kJ，DD激光强度$\sim 1.8 \times 10^{15} {\rm w\cdot cm^{-2}}$的背散射分数…
2020-11-18 physics.plasm-ph
Scaling laws of multi-shock implosions toward the quasi-isentropic limit
Institute of Laser Engineering, Osaka University（大阪大学激光工程研究所）
本文提出统一框架，通过扩展Guderley模型至多层球面冲击，推导自相似解及密度标度律，证实多冲击能系统提升压缩并趋近准等熵极限，抑制雷诺瓦特不稳定性，为惯性约束聚变提供稳健压缩路径。
2026-04-24 physics.plasm-ph
Exploring the parameter space of MagLIF implosions using similarity scaling. II. Current scaling
本文提出一种基于相似性缩放的新方法，将MagLIF负载扩展至更高电流，推导了实验输入参数随特征电流的缩放规则，并通过2D辐射-磁流体力学HYDRA模拟验证了理论与模拟结果的一致性。
2023-01-04 physics.plasm-ph
Indirect-direct hybrid-drive work-dominated hotspot ignition for inertial confinement fusion
提出了一种间接-直接混合驱动功主导的惯性约束聚变热点点火方案：在具有八面体对称性的球形黑腔中，分层燃料包首先被间接驱动软X射线（辐射）压缩，然后在最后一个脉冲持续时间内被直接驱动激光压缩。在该方案中，直接驱动激光器驱动一个增强激波和一个后续压缩波，用于远大于辐射烧蚀压力的点火，并向热点提供大的pdV功，以实现功主导点火。数值模拟表明，增强激波阻止了间接驱动激波在主燃料-热点界面的反射，从而显著抑制了流体动力学不稳定性和非对称性。基于间接驱动的内爆动力学，热点被增强激波和后续压缩波进一步压缩和加热，导致以功为主的热点点火和燃烧，最大内爆速度约为400 km/s，收敛比约为25。用1.32 MJ的激光总能量实现了15 MJ的聚变产额。
2015-03-31 physics.plasm-ph
Fuel Pellet Alignment in Heavy-Ion Inertial Fusion Reactor
在惯性约束聚变中，需要解决的科学问题包括驱动能量的产生和传输、芯块设计、均匀靶内爆物理、核聚变反应堆设计等。采用磁校正方法来减小重离子惯性聚变反应堆堆芯靶的对准误差，包括重力、反应堆气体阻力和注入误差。我们发现，在本文中提出的磁校正装置是有效的，以构建一个强大的弹丸注射系统具有足够小的弹丸对准误差。
2018-08-29 physics.plasm-ph
The concept of isochoric central spark ignition and its fuel gain in inertial fusion
中心火花点火是惯性约束聚变（ICF）中最好的点火方法之一。中心火花点火由燃料微球的流体动力内爆形成的两个不同的区域（热区和冷区）组成。研究了惯性聚变中心火花点火方法和聚变动力装置燃料芯块设计条件，并计算了该方法中等容模型的燃料增益。给出了惯性聚变不同物理参数对燃料增益的影响，并计算了燃料密度和燃料芯块半径的优化极限。
2004-08-24 physics.plasm-ph
Analysis of trends in experimental observables and reconstruction of the implosion dynamics for direct-drive cryogenic targets on OMEGA
本文描述了一种用于识别惯性约束聚变内爆实验性能退化趋势的技术。它是基于重建的内爆核心与低，中模式的不对称性相结合。该技术被应用于OMEGA上的氢当量氘氚内爆系综，达到了推断的热点压力~56+/-7 Gbar [S. Regan等人，物理修订信函117，025001（2016）]。所有与核心有关的实验观测值都可以用同样的低模和中模组合同时重建。这表明，除了低模式，这可能会导致停滞压力的退化，中间模式存在，减少神经元的大小和X射线产生量。系统的分析表明，不对称性会导致高估的总面密度在这些内爆。还发现，由系统中模或低模校正引起的内爆对称性的改善将导致热点压力从56 Gbar增加到~80 Gbar，并且当内爆核心外推到等效的1.9 MJ对称直接照射时，可以产生燃烧等离子体[A. Bose等人，E 94，011201（R）（2016）]。
2018-03-27 physics.plasm-ph
Optimizing doping parameters of target to enhance direct-drive implosion
直接驱动是实现惯性约束聚变点火的重要途径。为了提高内爆性能，同时保持在一个低水平的流体动力学不稳定性的风险，我们设计了一个程序，以优化与中或高- $Z$原子掺杂的目标的参数。该方法可以自动模拟一维内爆，同时对内爆性能和高维不稳定性进行综合评价。为了找到最佳的掺杂参数，该过程是在全局优化算法的框架下进行的，其中我们在当前的工作中使用了粒子群优化算法。在优化过程中，混合物材料的不透明度是通过使用插值方法快速获得的，与洛斯阿拉莫斯国家实验室的在线掺杂程序TOPS的数据仅显示出微小的差异。为了测试该程序，已经对双锥点火方案中的CH烧蚀体进行了优化[Phil.横河Soc. A. 378.2184（2020）]通过掺杂Si和Cl。一维和二维的模拟表明，掺杂Si或Cl可以有效地减轻在加速阶段的不稳定性，并不会导致显着退化的峰值面密度。一维和二维模拟的结果定性匹配彼此，证明了我们的优化过程的有效性。
2022-04-20 physics.plasm-ph
A Hybrid Scheme to Achieve Highest Implosion Performance on the OMEGA Laser
Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester（罗切斯特大学激光能量学实验室）；Department of Mechanical Engineering, University of Rochester（罗切斯特大学机械工程系）；Department of Physics and Astronomy, University of Rochester（罗切斯特大学物理与天文系）
本文提出了一种混合冲击驱动方案，通过结合直接和间接驱动，提高OMEGA激光的冲击性能，显著提升聚变产量并有效消除激光平滑需求。
2026-05-13 physics.plasm-ph
Spin Transport Hydrodynamics of Polarized Deuterium-Tritium Fusion Plasma
该研究推导了极化氘氚聚变等离子体的自旋输运方程，通过三维模拟研究其流体动力学特性，发现优化靶的自旋排列可减少极模不对称性导致的离子及中子束去极化，为惯性约束聚变提供参考。
2025-02-13 physics.plasm-ph
Universal turbulence scaling law -8/3 at fusion implosion
对聚变内爆停滞阶段前湍流区的已知模拟结果作了新的解释。为此目的，使用了作者用标度律-8/3得到的通用湍流能谱，它对应于可压缩介质动力学的一维欧拉方程的精确解。指出在聚变内爆的这一阶段，在惯性尺度下，可压缩湍流的标度律为-8/3比Kolmogorov谱的标度律为-5/3更有意义。本文讨论了湍流中各向异性谱-8/3的产生机理，它与激波阵面后介质旋转的流体动力学不稳定性有关。
2022-03-16 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Automated simulation-based design via multi-fidelity active learning and optimisation for laser direct drive implosions
本文提出一种结合1D/2D多保真神经网络代理与贝叶斯优化的机器学习框架，用于在流体动力学不稳定性存在下自动设计激光直接驱动内爆实验，并通过流体力学缩放验证了2 MJ驱动器的高增益可行性。
2025-08-28 physics.plasm-ph
X-ray imaging and radiation transport effects on cylindrical implosions
磁化惯性约束内爆是一种很有前途的手段，提高其性能，由于潜在的减少目标内的能量损失和减轻流体动力学不稳定性。特别是，圆柱形内爆由于其轴对称性，可用于研究磁场的影响。在这里，我们提出的实验结果从圆柱形内爆的OMEGA-60激光器使用40束，14.5 kJ，1.5 ns的驱动器和初始种子磁场B 0 =24 T沿轴的目标，与参考结果相比，没有施加B场。内爆的特点是使用时间分辨X射线成像从两个正交的视线。我们发现，一旦考虑内爆等离子体中的辐射输运，数据与磁流体动力学模拟吻合得很好。我们表明，为了正确解释此类实验中的数据，必须考虑显式辐射传输。
2022-09-09 physics.ins-det physics.plasm-ph
Radiation dominated implosion with nano-plasmonics
惯性约束聚变是未来为人类提供大量、清洁和负担得起的能源的一种有前途的选择。高能激光束对靶燃料进行强烈压缩时产生的流体动力学不稳定性阻碍了目前的研究和发展。最近的一项专利结合了两个领域的进展：相对论流体动力学中的爆炸和等离子体纳米壳的辐射能量沉积。目标颗粒的压缩可以是适度的，并且通过激光脉冲实现快速体积点火，其与光穿过颗粒的穿透时间一样短。目标的反射率可以忽略不计，并且吸收率可以通过嵌入目标燃料中的等离子体纳米壳增加一个或两个数量级。因此，在适度压缩的情况下可以实现更高的点火温度。短的光脉冲可以加热目标，使得内部的大部分将同时达到点火温度。这使得任何类型的不稳定性的发展都是不可能的，这将阻止目标的完全点燃。
2017-10-27 physics.plasm-ph
Direct asymmetry measurement of temperature and density spatial distributions in inertial confinement fusion plasmas from pinhole space-resolved spectra
首次获得了惯性约束聚变（ICF）内爆堆芯二维空间分辨温度和密度图像。氩掺杂，直接驱动ICF实验进行了欧米茄激光设施和收集的二维空间分辨光谱，从一个阵列的门控，光谱分辨针孔图像记录的多单色X射线成像仪。详细的光谱分析揭示了核心的不对称性，不仅在形状和大小上，而且在温度和密度的空间分布上，从而以前所未有的细节水平表征核心。
2014-05-15 physics.plasm-ph
Cross-beam energy transfer in conditions relevant to direct-drive implosions on OMEGA
针对交叉束能量转移制约直接驱动惯性约束聚变内爆性能的问题，采用粒子模拟研究OMEGA装置相关条件下的过程，发现典型强度下非线性过程无作用，高强度下其受多种效应影响且与等离子体密度相关。
2023-04-26 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Magnetization around mix jets entering inertial confinement fusion fuel
已知在惯性约束聚变内爆中，工程特性会导致烧蚀材料射流进入燃料热点。比尔曼电池机制将它们包裹在自生的磁场中。我们表明，较高的Z射流有一个额外的热电磁源项，这是不存在的氢射流，通过动力学模拟验证。它的大小与比尔曼项相似。然后，我们包括在一个扩展的磁流体动力学方法后处理的xeros辐射流体动力学内爆模拟。模拟包括胶囊填充管的精确模型，产生被4000 T磁场包裹的致密碳射流。一个简单的球形碳混合物模型表明，这绝缘的电子热传导足以导致收缩的射流光学厚的平衡。密度更大的磁化射流流体动力学可以改变其核心穿透力，从而改变最终的混合质量，这是众所周知的，是很好地与聚变产率下降。充分探索这一点将需要自洽磁流体动力学模拟。这种自磁化的实验特征可能出现在高能中子谱中。
2020-07-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Effect of Laser-Plasma Interactions on Inertial Fusion Hydrodynamics
采用一种新的方法研究了激光-等离子体相互作用（LPI）对惯性约束聚变黑腔动力学特性的影响。流体动力学和LPI之间的相互作用-特别是受激拉曼散射（SRS）和交叉束能量转移（CBET）-主要通过朗缪尔和离子声波的动量和能量沉积发生。这在空间上重新分配耦合到目标的能量，这影响背景等离子体条件，从而修改激光传播。该模型显示了减少的CBET，和显着的激光能量损耗的朗缪尔波，这减少了壁X射线发射和胶囊内爆形状的黑腔实验的建模和数据之间的差异。
2016-12-29 physics.plasm-ph
Role of self-generated magnetic fields in the inertial fusion ignition threshold
在惯性约束聚变内爆过程中，在热点不对称性周围的不稳定界面处，磁场自发增长。虽然难以测量，理论上的考虑和数值模拟预测，在目前的国家点火设施实验的场强超过5kT。电子的磁约束约束则使热点热损失减少> 5%。我们证明了这一点，通过磁后处理的二维xdos流体动力学模拟数据在爆炸时间。然后，我们推导出一个模型的自磁化，发现它与停滞温度的平方和面密度成反比。然后，自磁化劳森分析给出了略微降低的点火阈值。与时间相关的热点能量平衡模型证实了这一发现，与磁场四倍的融合产量近阈值参数。包含磁化多维流体不稳定性可能会进一步改变点火阈值，并将成为未来工作的主题。
2022-03-15 physics.plasm-ph
Burn Propagation in Magnetized High-Yield Inertial Fusion
本研究通过Chimera程序的磁流体动力学模拟，探究预加磁场对惯性约束聚变点火与燃烧传播的影响，识别出三种磁化燃烧传播机制，发现磁场会导致燃烧各向异性并改变内爆动力学，为高增益磁化靶设计优化提供依据。
2024-10-02 physics.plasm-ph
Structure of weakly collisional shock waves of multicomponent plasmas inside hohlraums of indirect inertial confinement fusions
本研究探索间接惯性约束聚变黑腔内弱碰撞激波的形成与结构特性，揭示静电场主导的离子加速与分离机制及其对内爆效率的影响。
2024-11-17 physics.plasm-ph
Imaging ablator-fuel mix of hot spot in inertial confinement fusion via resonant X-ray absorption using an X-ray free electron laser
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫赫尔姆霍兹中心）；European XFEL（欧洲X射线自由电子激光装置）；Universidad de Valladolid（巴利亚多利德大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器研究所）；Universität Siegen（锡根大学）；Universität Rostock（罗斯托克大学）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）
该研究提出结合X射线自由电子激光的共振吸收成像诊断方法，可精确测量惯性约束聚变中热密等离子体，为相关模型提供基准，推动惯性聚变能发展。
2026-10-09 physics.plasm-ph
First measurement of the $^{10}{\rm B}(α,n)^{13}{\rm N}$ reaction in an inertial confinement fusion implosion at the National Ignition Facility: Initial steps toward the development of a radiochemistry mix diagnostic
我们报告的第一次测量的$^{10}{\rm B}(α,n)^{13}{\rm N}$反应的极性直接驱动爆炸推进器（PDXP）在国家点火设施（NIF）。这项工作的动机是需要开发替代混合诊断，放射化学是这里的重点。靶由$65/35\,\rm at.\,\%$氘-氚（DT）填充物组成，周围是大约$30\,μ\rm m$厚的铍烧蚀体。铍烧蚀体的内部掺杂有$^{10}{\rm B}$的$10\,\rm at.\,\%$。辐射流体动力学计算在一维进行，以优化剩余的硼rho-R和DT中子产额。为了研究$α$在烧蚀材料上引起的反应，研制了一种带电粒子输运后处理器。结果表明，在$^{10}{\rm B}$上由$α$诱导的反应产生大量$^{13}{\rm N}$，可通过NIF的气体样品系统的放射化学分析测量。将PDXP靶N201115-001成功置于NIF上，并测量了来自$^{10}{\rm B}(α,n)^{13}{\rm N}$反应的氮。然而，$^{13}{\rm N}$的产率以及DT中子产率均低于预期。一些减少的产量可以解释的扁圆形状，但各种放射化学信号的比例是不相称的基于一个简单的减少一维结果的预期。初步的二维辐射流体力学计算与实验测量结果一致，目前正在进行的工作，以扩大放射化学分析到更高的维度。
2022-05-17 nucl-ex nucl-th physics.plasm-ph
Self-similar multishock implosions for ultrahigh compression of matter
Institute of Laser Engineering, Osaka University（大阪大学激光工程研究所）
本文提出了一种基于自相似解的多激波内爆方法，通过球面收敛激波实现物质超高压压缩，并推导出密度标度律，证明该方法在强非线性区域仍有效，且能避免Rayleigh-Taylor不稳定性，为惰性约束聚变提供理论支持。
2025-12-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Cognitive simulation models for inertial confinement fusion: Combining simulation and experimental data
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
惯性约束聚变（ICF）实验的设计空间很大，而且实验费用极其昂贵。研究人员严重依赖于计算机模拟来探索设计空间，以寻找高性能的内爆。然而，ICF多物理场代码必须简化假设，从而偏离复杂内爆的实验测量。为了更有效的设计和研究，模拟需要从过去的实验数据输入，以更好地预测未来的性能。在这项工作中，我们描述了一种认知模拟方法，将模拟和实验数据结合到一个共同的预测模型中。这种方法利用了一种名为迁移学习的机器学习技术，即采用经过训练的模型来解决一个任务，并在稀疏数据集上对其进行部分重新训练，以解决一个不同但相关的任务。在ICF设计的背景下，神经网络模型在大型模拟数据库上进行训练，并在实验数据上进行部分再训练，产生的模型比单独的模拟要精确得多。我们证明了改进的模型性能的一系列ICF实验在国家点火装置，并预测最近的实验结果与几个关键的观测误差小于百分之十。我们讨论了如何使用这些方法来进行数据驱动的实验活动，以优化性能，说明关键产品-随着数据的获取而变得越来越准确的模型。
2021-03-19 cs.LG physics.plasm-ph
A cylindrical implosion platform for the study of highly magnetized plasmas at LMJ
在惯性约束聚变（ICF）实验中使用磁场的潜在好处的研究已经引起了新的实验平台，如Z机（桑迪亚国家实验室）的磁化线性惯性聚变（MagLIF）方法，或OMEGA（激光能量学实验室）的激光驱动等效方法。在兆焦耳级激光设施（如激光兆焦耳（LMJ）或国家点火设施（NIF））中实施这些平台对于实现自我维持的核聚变至关重要，并扩大了通过更高压缩可以实现的磁化水平。在本文中，我们提出了一个完整的设计，实验平台的磁化内爆使用的圆柱形目标在LMJ。种子磁场是使用激光驱动线圈靶沿圆柱体的轴产生的，与脉冲功率场发生器相比，最大限度地减少碎片并增加诊断访问。我们提出了一个全面的模拟研究与这些线圈目标产生的初始B-场，以及2维扩展磁流体动力学（MHD）模拟表明，一个5T的初始B-场被压缩到25kT内爆。在这种情况下，电子被磁化，这严重改变了停滞时的等离子体条件。特别地，在热点中，电子温度增加（从1keV到5keV），而密度降低（从40gcc到7gcc）。我们将讨论如何使用X射线成像和光谱学以及粒子诊断来诊断这些变化。我们建议同时使用两种掺杂剂的燃料（Ar和Kr）作为光谱示踪剂。我们表明，这引入了一个有效的空间分辨率在等离子体中，允许明确的观察B-场效应。此外，我们提出了一个计划，在LMJ的这种未来的实验。
2022-07-01 hep-ex physics.plasm-ph
Three-dimensional reconstruction of integrated implosion targets from simulated small-angle pinhole images
为了间接评价惯性约束聚变研究中有限测量条件下辐射驱动的非对称性，提出了一种利用单个激光入射孔在最大投影角为10 °时的4个针孔图像来近似计算压缩等离子体核三维自辐射分布的积分方法.同时代数重建技术（SART），它使用由先验结构信息和中心针孔图像提供的空间约束。模拟结果表明，模拟腔体中心辐射面积的原始分布与重建结果的归一化均方差为0.4401，腔体辐射分布的结构相似度为0.5566。同时，使用更多的诊断孔可以获得更好的结构相似性和更低的重建误差。此外，计算结果表明，本文提出的新方法可以高精度地重建真空黑腔中压缩等离子体核的分布。
2020-10-13 physics.app-ph physics.plasm-ph
Development of Anisotropic Magnetized Viscosity for Magnetized Liner Inertial Fusion Simulations in FLASH
Stanford University（斯坦福大学）；Pacific Fusion Corporation（太平洋聚变公司）
本文提出在FLASH中实现完整的Braginskii磁化粘性张量，用于磁化壳层惯性约束聚变模拟，研究磁化粘性对湍流结构、动能转化及瑞利-泰勒不稳定性的影响，验证了其在高能密度等离子体预测建模中的有效性。
2026-04-22 physics.plasm-ph
Radiation dominated implosion with flat target
惯性约束聚变是未来为人类提供大量、清洁和负担得起的能源的一种有前途的选择。目前的研究和发展状况受到高能激光束强烈压缩靶燃料时发生的流体动力学不稳定性的阻碍。Csernai等人（2018年）最近的一项提案结合了两个领域的进展：相对论流体动力学中的爆炸和等离子体纳米壳的辐射能量沉积。可以消除或减少目标颗粒的初始压缩，而不会达到不稳定性。最后一个能量更大的激光脉冲可以实现快速的体积点火，其应该与光穿过目标的穿透时间一样短。在本研究中，我们讨论了一个平面燃料靶同时从两侧照射。在这里，我们提出了一个点火能量与较小的压缩，大大增加熵和温度的增加，而不是外部间接加热和巨大的能量损失，最大限度地内部加热的目标与最新进展的帮助下，在纳米技术。目标的反射率可以忽略不计，并且吸收率可以通过嵌入目标燃料中的等离子体纳米壳增加一个或两个数量级。因此，可以实现更高的点火温度和辐射主导的动力学。根据相对论性流体动力学的结果，在这里大部分内部将同时达到点火温度。这使得任何形式的不稳定性的发展都是不可能的，到目前为止，这阻止了目标的完全点燃。
2020-01-31 physics.plasm-ph
Formation and Study of a Spherical Plasma Liner for Plasma-Jet-Driven Magneto-Inertial Fusion
本文在PLX装置上首次测量了36个脉冲等离子体射流形成的球形氩衬垫，揭示了射流间从动力学贯穿到碰撞主导的转变，并表明改进射流参数可形成更光滑衬垫，为PJMIF聚变研究提供实验基准。
2024-02-20 physics.plasm-ph
Magnetized Plasma Target for Plasma-Jet-Driven Magneto-Inertial Fusion
我们确定了β>1磁化等离子体的所需特性和参数，可能具有高度缠结的开放场线，这可能是一个合适的目标，可以通过球形内爆等离子体衬垫压缩到聚变条件[S. C. Hsu等人，IEEE等离子体科学学报40，1287（2012）]通过合并高超音速等离子体射流形成。这个概念被称为等离子体射流驱动的磁惯性聚变（PJMIF）。我们对靶和衬管设定了要求，使得（a）压缩加热在靶中的热传输上占主导地位，以及（b）由于压缩的磁放大在整个内爆中在耗散上占主导地位。我们还评估了要求，以避免漂移不稳定性引起的异常运输和电流驱动的异常电阻率的目标。接下来，我们描述了产生这种磁化的β>1等离子体靶的可能方法。最后，假设这样的目标可以创建，我们评估的可行性的概念验证实验，使用目前可实现的等离子体射流，以证明目标压缩加热在等离子体衬垫动能<~ 100千焦（几百倍以下，需要在PJMIF反应堆）。
2018-05-27 physics.plasm-ph
NeSST: A Python Tool for Neutron Spectra and Synthetic Diagnostics in Inertial Confinement Fusion
Centre for Inertial Fusion Studies, The Blackett Laboratory, Imperial College London（惯性聚变研究中心，布莱克特实验室，帝国理工学院）
提出开源Python包NeSST，通过快速构建一次和单次散射中子谱，结合核数据、相对论修正、面密度不对称性及合成飞行时间诊断，实现ICF中子谱的快速模拟与拟合。
2026-05-23 nucl-ex physics.plasm-ph
A semi-analytic model of magnetized liner inertial fusion
提出了一种磁化直线惯性聚变（MagLIF）的半解析模型。该模型考虑了MagLIF的几个关键方面，包括：（1）燃料的预热（可选地通过激光吸收）;（2）脉冲功率驱动的衬里内爆;（3）具有状态、人工粘性、内部磁压力和欧姆加热的解析方程的衬里压缩性;（4）燃料的绝热压缩和加热;（5）辐射损失和燃料不透明度;（6）具有能斯特热电损耗的磁通量压缩;（7）磁化的电子和离子热传导损耗;（8）端部损耗;（9）由于规定的掺杂剂浓度和污染物混合而引起的增强的损耗;（10）任意氘与氚燃料比的氘-氘和氘-氚初级聚变反应;以及（11）磁化的α粒子燃料加热。我们表明，这个简化的模型，其透明和可访问的物理，可用于再现整个原始MagLIF论文中提出的一般1D行为[S。A. Slutz等人，等离子体17，056303（2010）]。我们还讨论了一些重要的物理见解，作为发展这个模型的结果，如辐射损失率的依赖性的径向部分的燃料是预热。
2015-05-22 physics.plasm-ph
Design and Modeling of Indirectly-Driven Magnetized Implosions on the NIF
本文研究NIF上利用磁场减少热点能量损失，设计磁化黑腔实验，并通过辐射磁流体模拟验证磁场对聚变产额和热点温度的提升效果。
2024-04-19 physics.plasm-ph
