吴栋，上海交通大学
“双锥对撞点火”中的大尺度动理学数值模拟极其拓展应用
摘 要：“双锥对撞点火”（即DCI）激光聚变方案其内爆的本质是高马赫数量子简并氘氚燃料的直接对撞，由于不满足流体连续性假设以及存在前沿对穿等非平衡物理过程，传统流体力学程序的适应性面临巨大挑战。此外，DCI激光聚变方案中，为减小快电子从临界面到点火热斑的输运距离，采用的是金锥引导办法，而强激光与金锥相互作用以及快电子在金锥中的输运涉及多个非线性物理过程，如激光等离子体相互作用产生强流快电子，快电子在金锥内输运激发场和碰撞电离、电子离子复合、自生电磁场产生、欧姆加热以及韧致辐射等，这些物理过程互相耦合，对快电子在燃料中的沉积以及热斑的形成至关重要。然而，针对上述激光聚变等实际应用，建立多尺度、全要素和全过程动理学数值模拟能力是十分困难的。实际上，这样的数值模拟能力对其他激光聚变方案以及实验室天体物理研究也十分重要。在过去的 10 年里，报告人面向实际需求，独立自主开发了隐格式、动理学、涉及多物理耦合、可统一描述经典与量子简并等离子体的数值模拟程序LAPINS。本报告除介绍 LAPINS 的大尺度量子简并动理学建模外，还会进一步介绍 LAPINS 程序的重要应用：黑腔中膨胀的金等离子体与低密度填充气体相互作用由于不完全满足局域热动平衡假设，其精确研究与分析需进一步借助动理学方法。通过开展毫米和纳秒尺度的全动理学数值模拟，报告人初步揭示了等离子体对穿过程中的组分混合，高能离子能量来源以及超热电子激发等物理机制。
报告人简介：
吴栋，上海交通大学物理天文学院，长聘教轨副教授/博士生导师，主要从事激光聚变以及高能量密度物理中的动理学理论与数值模拟研究。历时十年，创新性地研制了量子简并动理学模拟程序LAPINS：实现了经典与量子简并等离子体上下兼容的物理突破，实现了相同计算消耗下比目前主流方法扩大模拟尺度超过四个数量级的技术突破。利用该程序，揭示了量子简并作用在提高“双锥对撞”方案中激光到热斑能量耦合效率方面的关键作用；发现并定量解释了强流快粒子在大尺度高密度等离子体中的欧姆能损新机制；发现了大尺度电磁湍流非线性动理学演化过程中的“离子”随机加速机制。在Nature Communication, Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. E/Research/Applied等国际刊物发表第一或通讯作者论文40余篇，并获得2022 年度上海交通大学阳阳青年学者，2023 年度上海市东方英才青年学者以及2024 年度上海交通大学校长奖（团队）等奖励。