基于压缩感知的间接驱动辐射对称性优化方法研究

摘要

减小靶丸表面辐射驱动对称性是激光间接驱动惯性约束聚变实验实现受控核聚变的关键任务。通过仿真模拟激光间接驱动靶丸内爆过程,优化间接驱动辐射对称性,可以优化设计腔靶结构,提高实验成功率。但仿真计算的效率受制于复杂的腔靶结构和大量的数值计算。本文针对如何提高间接辐射驱动对称性仿真优化的效率进行了系统的研究。
　　间接驱动辐射对称性仿真优化以计算靶丸表面辐射能流驱动对称性为基础。在能量平衡模型的基础上,计算靶丸表面辐射能流,然后利用球谐分解计算靶丸驱动对称性。间接驱动辐射对称性仿真优化是对不同的腔靶参数,计算间接驱动辐射对称性,得到间接辐射驱动对称性响应面并找到其最优值。随着腔靶仿真优化参数离散点数目的增加以及黑腔辐照面和靶丸表面离散网格数目的增加,仿真计算量急剧增加,导致了仿真时间大大增加,严重制约了仿真软件的实际应用。而常用的响应面优化方法的仿真优化结果存在不确定性,因此不能有效解决间接驱动辐射对称性仿真优化问题。
　　针对传统响应面仿真优化方法出现的问题,本文提出基于压缩感知的响应面重构方法。论文围绕响应面重构展开,在响应面稀疏表达的基础上,通过非自适应采样得到设计点并计算得到相应的响应值。然后通过非线性共轭梯度算法重构响应面,分析算法的效率、精度和稳定性。对典型的黑腔辐射模型进行仿真实验,比较基于压缩感知的响应面仿真优化方法和传统的响应面优化方法的结果,验证了基于压缩感知的响应面仿真优化方法在间接驱动辐射对称性仿真优化中的优势。在保证响应面重构精度的同时,基于压缩感知重响应面方法的稳定性更好,优化结果更好。
　　最后,介绍了应用了压缩感知方法开发的间接驱动辐射对称性分析及可视化软件。主要介绍了软件的系统结构和功能模块,并给出了神光II激光装置间接驱动辐射对称性仿真优化的实例。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

1.4 全文结构安排和内容概要

2 间接驱动辐射对称性优化理论基础

2.1 间接驱动辐射对称性计算模型

2.2 基于响应面方法的间接驱动辐射对称性仿真优化

2.3 本章小结

3 基于压缩感知的响应面仿真优化方法

3.1 压缩感知理论基础

3.2 重构响应面的非线性共轭梯度算法

3.3 算法数值验证

3.4 本章小结

4 基于压缩感知的间接驱动辐射对称性仿真优化

4.1 神光II间接驱动辐射对称性仿真优化试验设计

4.2 基于压缩感知的神光II间接驱动辐射对称性响应面仿真优化

4.3 基于压缩感知的神光II仿真优化结果分析

4.4 神光III激光装置间接驱动辐射对称性仿真优化实例

4.5 本章小结

5 惯性约束聚变实验仿真平台

5.1 系统概述

5.2 间接驱动辐射对称性分析及优化

5.3 数据可视化

5.4 软件实例

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2展望

致谢

参考文献