【摘要】：激光間接驅(qū)動(dòng)慣性約束核聚變(ICF)是在地球上實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷司圩兊淖钣星熬暗耐緩街?靶丸表面驅(qū)動(dòng)對(duì)稱性是ICF實(shí)驗(yàn)點(diǎn)火的關(guān)鍵。本文對(duì)ICF內(nèi)爆壓縮過(guò)程進(jìn)行仿真分析,快速精確地計(jì)算靶丸表面驅(qū)動(dòng)對(duì)稱性。根據(jù)驅(qū)動(dòng)對(duì)稱性結(jié)果對(duì)腔-靶參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),為真實(shí)的ICF實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)意見(jiàn)。靶丸表面再輻射能流分布情況是驅(qū)動(dòng)對(duì)稱性計(jì)算的關(guān)鍵。本文通過(guò)深入分析腔靶內(nèi)部的能量輻射關(guān)系,構(gòu)建起腔靶內(nèi)部的輻射能流平衡模型。采用離散視角因子算法,對(duì)腔靶內(nèi)壁進(jìn)行網(wǎng)格離散,在每個(gè)面元上建立能流平衡方程。輻射能流平衡方程組非線性強(qiáng)、規(guī)模大,傳統(tǒng)的迭代法求解速度慢、求解規(guī)模受限于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存,嚴(yán)重制約著ICF仿真分析的發(fā)展和應(yīng)用。壓縮感知理論指出能夠以少量采樣精確重構(gòu)稀疏信號(hào),其核心內(nèi)容是信號(hào)的稀疏性、觀測(cè)矩陣滿足約束等距性(RIP)條件和重構(gòu)算法。本文通過(guò)大量的數(shù)值仿真試驗(yàn)分析論證了再輻射能流在球諧基上的稀疏性以及稀疏度,從理論上保證采用壓縮感知方法提高效率的可行性。然后引入一個(gè)對(duì)角矩陣,通過(guò)構(gòu)造一個(gè)與稀疏基矩陣不相關(guān)的測(cè)量矩陣來(lái)保證觀測(cè)矩陣滿足約束等距性條件。使用球諧隨機(jī)測(cè)量對(duì)面元進(jìn)行采樣,構(gòu)建輻射能流平衡方程組,采用正規(guī)化迭代硬閾值算法(NIHT)重建再輻射能流。但NIHT算法收斂速度慢且不穩(wěn)定,本文結(jié)合共軛方向追蹤算法提出共軛梯度-迭代硬閾值算法,并以該算法為核心構(gòu)建采用壓縮感知分析驅(qū)動(dòng)對(duì)稱性的完整步驟和體系。通過(guò)數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本文提出的驅(qū)動(dòng)對(duì)稱性計(jì)算方法的有效性和穩(wěn)定性進(jìn)行了分析論證。將新方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文的算法在保證計(jì)算精度的同時(shí)能夠節(jié)省大量?jī)?nèi)存,提高收斂速度,求解規(guī)模大幅度提高。本文最后將壓縮感知方法應(yīng)用到本實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的ICF仿真軟件IRad3D中,并給出了神光III模型對(duì)稱性計(jì)算實(shí)例。
【圖文】：

4 數(shù)值仿真分析及驗(yàn)證章提出的壓縮感知分析輻射對(duì)稱性問(wèn)題，首先通過(guò)算例驗(yàn)，對(duì)算法的精度和穩(wěn)定性進(jìn)行了討論。然后，比較了輻射驗(yàn)證了本算法在時(shí)間和空間上都具有巨大的優(yōu)勢(shì)。最后，動(dòng)對(duì)稱性的實(shí)例。硬件環(huán)境為：CPU 型號(hào) Intel Core2 Quad CPU Q9400 2境為本實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的 ICF 仿真軟件 IRAD3D 2.0 和 Matla縮感知的靶丸驅(qū)動(dòng)對(duì)稱性分析仿真實(shí)驗(yàn)裝置為神光-Ⅲ原型，，采用 8 路激光模型（如圖進(jìn)行分析。本文選用薄壁圓柱腔和球形靶丸作為算例模型斑，具體參數(shù)為：腔長(zhǎng)為 1.8mm，靶腔直徑為 1mm，注入口0.32mm。

號(hào) 角間距軸向間距 靶丸 靶腔 總數(shù)采樣數(shù) 采樣率1 5° 50μm 2592 7776 10368 400 3.85%2 2.5° 50μm 5184 12960 18144 400 2.20%3 1° 10μm 64800 192960 257760 400 0.16%4 0.5° 5μm 259200 770400 1029600 400 0.039%常用的非線性方程求解方法為迭代法，主要有梯度法、牛頓法等方法[56]。選取算例模型 1，分別采用梯度法、牛頓法和壓縮感知方法對(duì)輻射能流平衡方程進(jìn)行求解，求解結(jié)果如圖 4-3 所示。壓縮感知方法與梯度法求解結(jié)果的均方根誤差為1.4610 ，與牛頓法的均方根誤差為2.37 10 。從圖 4-3 中可以看到三者求解結(jié)果渲染后幾乎一樣，同時(shí)求解誤差高達(dá)10 數(shù)量級(jí)，從而證明了本文提出的算法的有效性和正確性。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TL632.1

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本文編號(hào)：2669249