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在惯性约束聚变(ICF)内爆过程中,存在驱动源和制靶方面的不均匀性扰动,这些扰动的增长和非线性演化导致内部氘氚(DT)燃料的非对称压缩,破坏主燃料中心区高温热斑的形成。物理实验和数值模拟结果一致表明:驱动不对称性和界面不稳定性的扰动增长严重影响内爆热斑的变形,热斑的严重变形是ICF点火受挫的最主要原因之一。因此,驱动不对称性和界面不稳定性的增长机制是ICF内爆中急需要开展的应用基础研究。实际的ICF是三维球形内爆,通过观察内爆热斑的形变,扰动可按照球谐函数Ylm(θ,φ)展开,沿球面纬线(极轴方向)和经线(赤道方向)分别表现出傅里叶扰动模coS(mφ)和勒让德扰动模P1(cosθ)。为便于理解ICF内爆热斑形变的物理过程,将三维球形内爆问题分解为:平面几何扰动、二维柱几何傅里叶扰动、二维球几何勒让德扰动和三维球几何球谐扰动。本文采用薄壳层模型从平面几何、柱几何、球几何分别对驱动不对称性和低阶模界面不稳定性的物理机制开展了细致、深入的理论分析,取得了如下新的研究成果和认识:(1)发展了平面几何改进薄层模型,描述了任意Atwood数、初始多模扰动的Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性的界面变形及非线性演化规律。基于美国海军实验室(NRL)E.Ott在二维平面几何[Phys.Rev.Lett.29,1429(1972)]中建立的薄层理论,对薄层流体微团进行受力分析,建立了平面几何的改进薄层模型。首先,改进薄层模型在描述有限厚度流体层RT不稳定性时,获得的流体层上界面和下界面的演化规律与弱非线性模型分析有限厚度流体层的结果[L.F.Wangetal.,Phys.Plasmas21,122710(2014)]吻合很好。其次,改进薄层模型应用于经典流体界面的非线性演化时,发现,在非线性前期改进模型的气泡-尖钉幅值与弱非线性模型[L.F.Wangetal.,Phys.Plasmas17,052305(2010)]和Layzer扩展理论[V.N.Goncharov,Phys.Rev.Lett.88,134502(2002)]均符合很好。对于初始小幅值扰动,改进薄层模型的一系列考核结果表明:改进薄层模型很好描述界面不稳定性演化过程。此外,改进薄层模型还适用于初始大幅值和初始多模扰动的非线性演化规律。[详细结果参考:Phys.Plasmas25,032708(2018);物理学报67,094701(2018)](2)通过推广平面几何薄层模型[Phys.Rev.Lett.29.1429(1972)],建立了二维柱几何壳层模型,研究了柱几何界面不稳定性和驱动不对称性深化过程。(A)、利用壳层模型研究了柱几何RT不稳定性的非线性演化过程;对于初始小幅值扰动,壳层模型获得的线性增长率与经典结果和Mikaclian理论[Phys.Fluids17.094105(2005)[均符合很好,壳层模型扰动幅值与柱几何弱非线性模型[L.FWangetal.,Phys.Plasmas20,042708(2013)]符合很好,在一定程度上考核了壳层模型的准确性。由于壳层模型是基于壳层受力分析,不依赖于界面的初始幅值和初始形状,利用壳层模型研究了初始大幅值扰动和初始多模扰动(三角波、方形波等)的形变和非线性演化。(B)、利用壳层模型研究了界面不稳定性的演化过程,发现界面扰动随壳层收缩被放大,壳层形变中向外和向内部分分别发展为波峰和波谷结构。(C)、利用壳层模型研究了驱动不对称性的演化过程,发现壳层形变中产生空间调制基模、二次谐波和三次谐波;壳层形变中波峰-波谷值的演化依赖于压强差值。(D)、利用壳层模型率先研究了界面不稳定性和驱动不对称性的演化过程;由于模耦合效应,壳层形变趋于严重,壳层中不仅产生空间调制基模和界面扰动基模,还产生耦合模和二次谐波。并对空间调制模式和初始界面扰动模之间的相位差进行简单讨论。[详细结果参考:Phys.Plasmas25,092703(2018)](3)通过推广平面几何薄层模型,建立了二维球几何壳层模型,研究了球几何界面不稳定性和驱动不对称性演化过程。(A)、利用壳层模型研究了二维球几何RT不稳定性的非线性演化过程:对于初始小幅值扰动,壳层模型的线性增长率与经典结果[M.S.Plesset,J.Appl.Phys.25,96(1954)]和Mikaelian理论[Phys.Rev.Lett.65,992(1990);Phys.Rev.A42,3400(1990)]符合很好,仅在小扰动模数时,壳层模型略大于经典结果;壳层模型的扰动幅值和气泡速度分别与球几何弱非线性模型结果[J.Zhangetal.,Phys.Plasmas24,062703(2017)]和Layzer模型[Astrophys.J.122,1(1955)]基本保持一致。在一定程度上检验了壳层模型的可靠性。此外,壳层模型适用于界面初始大幅值、初始多模扰动(高斯波形、方形波等)的形变及非线性演化规律。(B)、利用壳层模型研究了二维球几何界面不稳定性的演化过程,界面扰动随壳层收缩被放大,壳层形变中向外和向内部分分别发展为波峰和波谷形状。(C)、利用壳层模型研究了驱动不对称性的演化过程,发现壳层形变中产生空间调制基模、二次谐波和三次谐波;当作用于壳层的等效压强差值相等时,壳层形变中波峰-波谷值的演化规律保持一致。(D)、利用壳层模型率先研究了界面不稳定性和驱动不对称性的演化过程,由于模耦合效应,壳层中不仅产生空间调制基模和界面扰动基模,还会产生耦合模和二次谐波。[详细结果参考:Phys.Plasmas26,022710(2019)](4)通过推广三维平面几何的薄层模型,建立了三维球几何壳层模型,研究了三维球几何界面不稳定性和驱动不对称性演化过程。基于三维平面几何薄层模型[Phys.Rev.Lett.53,446(1984);Phys.Fluids27,2164(1984)],对三维球几何壳层进行受力分析,获得壳层形变运动方程(A)、利用壳层模型研究了三维球几何RT不稳定性的非线性演化过程,界面扰动形式包括:初始小幅值扰动、初始大幅值扰动和初始多模扰动。对于初始小幅值扰动,线性增长率与二维球几何结果符合很好。壳层模型在描述初始小幅值扰动形变规律时不仅能够描述线性阶段,同时还可以分析非线性阶段的演化情况。此外,壳层模型在描述初始大幅值扰动和初始多模扰动的壳层形变中,也获得了一些新的认识。(B)、利用壳层模型研究了三维球内爆低阶模驱动不对称性的演化过程;壳层形变中波峰-波谷值的演化依赖于空间调制压强。根据点火阈值系数(ITF)下降一半,利用壳层模型获得了低阶球谐模Y10、Y20、Y30、Y40、Y44和Y4-4驱动不对称性的容忍度。(C)、利用壳层模型研究了实际内爆实验,与数值模拟和物理实验结果符合很好。针对ICF三维球内爆问题,开展了细致和深入的物理分解研究,获得了驱动不对称性和界面不稳定性演化增长规律。对于理解ICF中心点火热斑的形变有重要意义和应用价值。