检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2025年第9期74卷 124-132页

作者：李子健林成亮吴勇王建国北京应用物理与计算数学研究所计算物理全国重点实验室北京100088

高能粒子在等离子体中的能量沉积及其导致的电子离子能量分配对理解惯性约束聚变的点火和燃烧过程至关重要.基于量子动理学的T矩阵扩展模型,本文研究了宽广温度密度区间的能量沉积和电子能量分配因子.相较于基于小角度散射的阻止本领模... 详细信息

高能粒子在等离子体中的能量沉积及其导致的电子离子能量分配对理解惯性约束聚变的点火和燃烧过程至关重要.基于量子动理学的T矩阵扩展模型,本文研究了宽广温度密度区间的能量沉积和电子能量分配因子.相较于基于小角度散射的阻止本领模型,T矩阵扩展模型能考虑由大角度库仑散射及其累积过程带来的横向偏转效应.首先研究了横向偏转效应对电子能量分配因子的影响,然后计算了宽温度密度区间的电子能量分配因子,基于这些数据的分析发展了适用于惯性约束聚变模拟的电子能量分配因子拟合表达式.研究发现,考虑横向偏转效应会给电子能量分配因子带来约27.5%的差异.这一结论表明,准确描述高能粒子能量沉积过程中的大角度库仑散射及其累积效应带来的横向偏转会影响惯性约束聚变点火和燃烧模拟的精确性.

关键词：能量沉积电子离子能量分配非理想等离子体惯性约束聚变

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辐射,电子和离子能量方程组耦合计算的二阶时间精度分裂算法

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计算物理 2025年第2期42卷 202-210页

作者：李双贵杨容北京应用物理与计算数学研究所北京100094

采用二阶向后微分公式时间离散,分别耦合迭代算子分裂方法和微分算子分裂方法,构造辐射输运和电子、离子能量方程组二阶时间精度离散方法。采用相同时间精度离散格式,迭代算子分裂方法数值误差小于微分算子分裂方法。与一阶向后Euler时... 详细信息

采用二阶向后微分公式时间离散,分别耦合迭代算子分裂方法和微分算子分裂方法,构造辐射输运和电子、离子能量方程组二阶时间精度离散方法。采用相同时间精度离散格式,迭代算子分裂方法数值误差小于微分算子分裂方法。与一阶向后Euler时间离散方法比较,数值解误差相当时,二阶时间精度的迭代算子分裂方法时间步长大一个量级,计算量几乎没有增加,程序实现容易且健壮性好,可有效提高ICF物理模型数值模拟的计算效率。

关键词：辐射输运 3T(电子、离子和辐射)模型二阶时间精度迭代算子分裂方法微分算子分裂方法

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基于X射线荧光光谱的温稠密物质离化分布实验方法研究

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物理学报 2024年第1期73卷 241-247页

作者：张志宇赵阳青波张继彦林成亮杨国洪韦敏习熊刚吕敏黄成武朱托宋天明赵妍张玉雪张璐李丽灵杜华冰车兴森黎宇坤詹夏宇杨家敏中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

受温度及密度等环境效应影响,温稠密物质的电子结构发生显著变化,其理论描述非常复杂,精密实验测量亦极其困难.本文发展了基于X射线荧光光谱研究温稠密物质离化分布的实验方法,结合理论研究有助于深入理解温稠密物质的电子结构变化.在... 详细信息

受温度及密度等环境效应影响,温稠密物质的电子结构发生显著变化,其理论描述非常复杂,精密实验测量亦极其困难.本文发展了基于X射线荧光光谱研究温稠密物质离化分布的实验方法,结合理论研究有助于深入理解温稠密物质的电子结构变化.在万焦耳激光装置上,设计特殊构型黑腔复合加载产生数十eV、近固体密度的稠密Ti物质,利用激光辐照V产生的热发射线泵浦Ti的荧光,并采用晶体谱仪诊断样品的X射线荧光光谱.实验中获得冷样品和加载样品的荧光光谱,观测到加载样品K_(α)及K_(β)荧光谱线相对于冷样品光谱在高能侧的显著变化,结合理论计算解释了加载样品荧光谱线的变化主要来源于其温度上升后离化分布的改变,建立了基于X射线荧光光谱的温稠密物质离化分布实验研究能力.

关键词：温稠密物质电子结构离化分布 X射线荧光光谱

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在间接驱动内爆实验中采用花生腔增强对称性调控

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物理学报 2023年第2期72卷 190-199页

作者：黄天晅吴畅书陈忠靖晏骥李欣葛峰峻张兴蒋炜邓博侯立飞蒲昱东董云松王立锋激光聚变研究中心绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

在100 kJ激光装置上开展了基于三台阶整形脉冲的间接驱动惯性约束聚变内爆实验研究.采用传统充气直柱金壁黑腔设计,在激光脉冲作用后期,腔内金等离子体运动对激光能量沉积和X光辐射场空间分布产生严重扰动,导致靶丸赤道驱动偏弱,形成不... 详细信息

在100 kJ激光装置上开展了基于三台阶整形脉冲的间接驱动惯性约束聚变内爆实验研究.采用传统充气直柱金壁黑腔设计,在激光脉冲作用后期,腔内金等离子体运动对激光能量沉积和X光辐射场空间分布产生严重扰动,导致靶丸赤道驱动偏弱,形成不可接受的扁圆内爆.本文采用新型的花生腔设计,通过调节外环激光光斑及其产生的金泡的初始位置,补偿和缓解金等离子体运动对黑腔X光辐射分布产生的扰动影响,获得球对称的靶丸辐射驱动.在靶丸驱动辐射温度相同的条件下,由于驱动对称性得到显著改善,实验观测到花生腔内爆热斑接近球形,中子产额的测量结果与内爆一维模拟计算结果的比值(YOS)达到30%;而直柱腔内爆热斑呈现扁圆形状,YOS仅为13%.模拟计算和实验结果一致表明,在三台阶整形脉冲驱动内爆实验中,花生腔设计可以有效抑制外环金泡膨胀加剧产生的不利因素,增强辐射驱动和内爆对称性调控,并提高内爆性能.

关键词：惯性约束聚变间接驱动内爆对称性

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从美国EMPIRE软件看大型高功率脉冲电磁等离子体程序研发趋势

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电波科学学报 2024年第5期39卷 827-835,957页

作者：董志伟董烨薛碧曦周海京北京应用物理与计算数学研究所北京100094

EMPIRE软件是美国针对下一代高性能计算平台开发的电磁等离子体模拟软件,可用于高置信度地开展高功率脉冲产生、传输以及与物质互作用的全过程模拟。解读EMPIRE软件的研制进展对发展大型高功率脉冲电磁等离子体软件具有重要借鉴意义。... 详细信息

EMPIRE软件是美国针对下一代高性能计算平台开发的电磁等离子体模拟软件,可用于高置信度地开展高功率脉冲产生、传输以及与物质互作用的全过程模拟。解读EMPIRE软件的研制进展对发展大型高功率脉冲电磁等离子体软件具有重要借鉴意义。首先分析了EMPIRE软件的架构及数学物理方案,然后着重讨论了其性能可移植性的软件特征和各子模块的算法特点,最后结合具体的应用案例展示了EMPIRE的强大计算能力。解读EMPIRE的启示包括如下几点:使用异构架构是实现未来E级(百亿亿次级)计算能力部署的关键点;研制灵活的功能模块,开展分层级的建模计算,最后拉通整个物理过程链条模拟,能够有效发挥装置指标的数值评估作用;多团队协作共同开发是丰富软件功能的基础;软件的置信度需要全方位的验证与确认。

关键词：等离子体数值模拟 EMPIRE软件高功率脉冲粒子-流体混合模拟性能可移植性

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扩散方程的Picard与迎风型Newton自适应组合迭代算法

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中国科学:数学 2024年

作者：袁光伟杭旭登北京应用物理与计算数学研究所

Picard迭代与Newton迭代是求解非线性扩散方程常用的非线性迭代方法.将非线性扩散方程先进行Newton线性化,形成一个线性对流扩散方程,再将其扩散项进行中心型离散,对流项进行迎风离散,即可得到所谓的迎风型Newton迭代方法.本文的一个创... 详细信息

Picard迭代与Newton迭代是求解非线性扩散方程常用的非线性迭代方法.将非线性扩散方程先进行Newton线性化,形成一个线性对流扩散方程,再将其扩散项进行中心型离散,对流项进行迎风离散,即可得到所谓的迎风型Newton迭代方法.本文的一个创新点是,给出Picard与迎风型Newton自适应组合的迭代算法.该算法初始采用大范围整体收敛的Picard迭代,而在局部依据每条网格单元边上迭代变差的大小,实现Picard迭代与迎风型Newton迭代之间自动切换,避免了传统的线搜索等耗时且复杂的技术.本文的另一个创新点是,证明迎风型Newton迭代方法的收敛性.其中一个有意义的推论是,如果某一步迭代解具有一阶精度,则迎风型Newton迭代给出的下一步迭代解即可达到二阶精度.数值算例验证了新的自适应组合迭代算法兼顾高效和健壮,与常用的Picard迭代和Newton迭代算法相比,新算法在计算速度上也具有明显的优势.

关键词：自适应组合迭代算法 Picard迭代迎风Newton迭代非线性扩散方程

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真实气体的一种近似冲击波关系式

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计算物理 2024年第3期41卷 308-315页

作者：薛社生朱希睿北京应用物理与计算数学研究所北京100094

以接近理想气体状态方程的取至第二维里系数的维里方程,作为考虑稠密效应的真实气体状态方程。利用冲击波基本关系式,依维里方程所包含的小参数,用摄动法求得冲击波后气体密度、压力及速度随冲击波速度及冲击波马赫数变化的显式表达式... 详细信息

以接近理想气体状态方程的取至第二维里系数的维里方程,作为考虑稠密效应的真实气体状态方程。利用冲击波基本关系式,依维里方程所包含的小参数,用摄动法求得冲击波后气体密度、压力及速度随冲击波速度及冲击波马赫数变化的显式表达式。结果显示,对相同的波前参数和冲击波马赫数,与理想气体相比,所得波后压力、速度及密度较低,尤其是密度,且二者的差异随冲击波马赫数增大而增大,随初始气体密度增大而增大,反映了气体分子自身体积和排斥作用的影响。理想气体的冲击波关系,可以视为本文所得冲击波关系的零级近似。这些关系适用于密度大约低于100 kg·m-3的气体,便于作冲击波性质和波后参数的分析。

关键词：冲击波状态方程维里方程摄动法

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非均质炸药的Eshelby夹杂理论相场方法

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计算物理 2024年第5期41卷 559-568页

作者：徐云龙瑶向美珍陈军北京应用物理与计算数学研究所北京100088

考虑到夹杂-基体界面微结构复杂失效过程对非均质PBX(高聚物黏结炸药)材料损伤起始具有主导作用,本文提出基于Eshelby夹杂理论的相场损伤模型,对非均质PBX炸药损伤形核演化进行数值模拟。相场能量由弹性能和夹杂-基体相互作用能构成,结... 详细信息

考虑到夹杂-基体界面微结构复杂失效过程对非均质PBX(高聚物黏结炸药)材料损伤起始具有主导作用,本文提出基于Eshelby夹杂理论的相场损伤模型,对非均质PBX炸药损伤形核演化进行数值模拟。相场能量由弹性能和夹杂-基体相互作用能构成,结合Mori-Tanaka方法推导不同级配下PBX炸药等效力学模量,相场内变量的变化直接反映了非线性脱黏效应下的损伤分布。采用Eshelby夹杂理论相场方法计算高模量比非均质PBX炸药圆形和多边形颗粒夹杂典型结构,分析加载条件、颗粒形状、体积占比、模型参数对夹杂-基体界面脱黏机制的影响。数值结果表明:夹杂-基体界面微结构演化加速了界面脱黏与宏观损伤的形成,与实验观测是一致的。

关键词：非均质PBX 夹杂损伤演化相场模型 Eshelby理论

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基于界面重构的三维弹塑性MMALE计算方法

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计算物理 2024年第5期41卷 607-618页

作者：郭少冬周海兵熊俊北京应用物理与计算数学研究所北京100094

针对弹塑性流体特点,通过弹塑性混合网格封闭模型、三维大变形网格上界面重构以及保物理特性弹塑性量重映方法等技术,给出一种适应弹塑性流体的三维MMALE(multi-material arbitrary Lagragian-Eulerian)算法。首先,在混合网格封闭模型方... 详细信息

针对弹塑性流体特点,通过弹塑性混合网格封闭模型、三维大变形网格上界面重构以及保物理特性弹塑性量重映方法等技术,给出一种适应弹塑性流体的三维MMALE(multi-material arbitrary Lagragian-Eulerian)算法。首先,在混合网格封闭模型方面,针对传统体模量加权模型应用于弹塑性流体导致的压力不平衡问题,通过引入松弛机制和自适应松弛系数,实现压力平衡,同时该封闭模型无须迭代,避免了在迭代过程可能遇到的不收敛问题,提升了健壮性;在界面重构方面,针对三维多面体网格由于变形及三维特殊性导致的守恒性问题,通过引入逐级表面三角化算法,实现了适应三维任意多面体网格上的严格守恒的界面重构。在弹塑性量重映方面,针对偏应力按分量重映后导致的张量性质破坏,应变能不守恒的问题,通过引入对应力张量不变量的重映,实现重映后应力不破坏屈服准则,并保持应变能的守恒性。最后,采用MMALE算法对典型算例进行数值模拟,验证了其正确性和处理大变形问题的健壮性。

关键词：弹塑性多介质界面重构 MMALE

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基于CIMI模型的高空核爆电子环向分布演化过程模拟研究

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物理学报 2025年第6期74卷 287-297页

作者：罗哲楷孙强谢伦濮祖荫宗秋刚刘鹰周前红傅绥燕北京大学地球与空间科学学院北京100871 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

高空核爆过程会向内磁层注入大量相对论性电子,形成人工辐射带,这些高能电子可能对航天器造成显著影响.本文利用CIMI模型(comprehensive inner magnetosphere-ionosphere model)模拟研究了核爆注入的电子由局地集中分布向环向均匀分布... 详细信息

高空核爆过程会向内磁层注入大量相对论性电子,形成人工辐射带,这些高能电子可能对航天器造成显著影响.本文利用CIMI模型(comprehensive inner magnetosphere-ionosphere model)模拟研究了核爆注入的电子由局地集中分布向环向均匀分布演化的过程,揭示了人工辐射带形成过程中电子团表现出的螺旋包围、环向膨胀与扩散均匀的行为特征.对初始时刻集中在L=1:1—2:2、环向覆盖1个时区左右的核爆电子进行的数值模拟表明,核爆注入电子主要通过螺旋包围过程演化至环向均匀分布,扩散作用的贡献相对较小.电子注入后,在地球磁场的约束下做自西向东环绕地球的漂移运动.外侧电子漂移速度更快,因此注入电子团会在环向上剪切拉伸,以螺旋线结构包围地球.此外,研究还发现螺旋结构的形成过程伴随有电子的环向膨胀,主要由漂移过程中能量色散和投掷角色散机制驱动.不同能量和投掷角的电子漂移速度不同,因此逐渐环向分离,造成环向分布范围扩展,填充螺旋结构的间隙.在通过形成螺旋结构与环向膨胀包围地球后,核爆注入的高能电子进一步通过扩散作用演变为环向均匀分布的结构,形成相对稳定的人工辐射带.

关键词：高空核爆人工辐射带 Fokker-Planck 方程电子扩散

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