PDF《核爆模拟 3》

1 核爆模拟的主要研究内容 核爆模拟的研究目的决定了它的研究内容主要 有以下几方面≈

211 辐射流 核武器的次级是由初级的 ÷ 射线辐射流引爆 的 由于岁月的推移 储存核武器的性能可能发生变 化 从而导致初级提供的 ÷ 射线辐射流也发生变 化 正确地了解经过储存的初级提供的 ÷ 射线辐射 流的大小和特性 对确认核武器的性能是非常重要 的 过去计算辐射流的物理参数 !方程 !数学方法和 计算机程序都有一定的不确定性 辐射流的数值模 拟结果与地下核试验的结果不完全一致 核爆模拟 研究可以利用惯性约束聚变的装置 在实验室安排 一些实验 进一步研究辐射流的物理模型与计算方 法及其适用范围 从而做到在没有热核试验的情况 下 也能精确地知道初级提供的 ÷ 射线辐射流的大 小和特性

212 材料性质 在核武器中 材料在高温高能量密度下的性质 即状态方程 ∏ 和不透明度 是##卷年期非常重要的 状态方程是物质的压力与密度 ! 温度之 间的关系式 不透明度是辐射在物质中如何被发射 和被吸收的基本特性 在核武器设计中 要精确求解 可压缩流体动力学问题 必须有正确的状态方程 高 温物质的辐射不透明度在核武器研究中则是计算辐 射流所必须的重要参数 因此 在实验室中创造高温 等离子体状态 研究材料的状态方程和不透明度 外 推到核武器的应用范围 是核爆模拟的重要课题之 一213 混合和流体力学不稳定性 重物质与低密度的热核燃料之间的流体力学不 稳定性和彼此混合 会降低核武器的当量 热核试验 已一再证明了这种现象 从流体力学不稳定性发展 到混合是一种高非线形的混沌过程 目前甚至连超 级计算机也还不能准确地模拟核武器中的这种混合 现象 因此 通过惯性约束装置 在实验室研究这种 流体力学不稳定性的基本物理过程和核武器条件下 的混合现象 乃是核爆模拟的又一重要任务

214 热核点火过程 在核爆模拟中 不可能直接研究核武器的热核 点火过程 但是可以将惯性约束聚变点火小囊的基 准设计进行修改 用来研究某些武器的物理问题 将 实验室的惯性约束聚变的热核点火过程外推到核武 器的热核点火过程 例如 如果在实验室一旦实现热 核点火 核武器科学家就可以借助惯性约束聚变的 点火靶丸来研究含氘氚气体的加强型初级的有关物 理过程 也可以研究流体力学不稳定性和混合的有 害影响

215 校验计算机软件 核武器的研制高度依赖于复杂的计算机软件和 超级计算机 这些计算机软件涉及广泛的物理范畴 包括物质的运动 !电磁辐射输运 ! 中子和带电粒子输 运 !辐射和粒子与物质的相互作用 !物质的性质 !核 反应 ! 原子和等离子体物理过程等等 这些过程在核 爆炸中一般都是在极端高温 ! 高密度 ! 高压的条件下 和极短的时间尺度范围内以极其复杂的方式耦合在 一起的 惯性约束聚变使用的计算机软件与核武器 设计的软件有某些类似 但是惯性约束聚变的时间 尺度和空间尺度非常小 原来在核武器设计的计算 机软件中的某些近似在惯性约束聚变的研究中是不 能用的 惯性约束聚变的靶设计在某些方面要求更 精确的计算模型 计算机模拟也更费时间 但是可以 借鉴惯性约束聚变的软件 改进核武器设计的计算 方法和物理模型 进一步提高计算精度和增强研究 三维影响的能力 同时还可以利用惯性约束聚变的 软件来设计实验室的微型的武器物理实验