A cylindrical cryogenic target containing deuterium fuel acts as an important surrogate to help understand implosion physics before the deuterium-tritium capability is brought online. Uniformity of the deuterium ice thickness is a key parameter for the inertial confinement fusion (ICF) experiments. Achieving and retaining a uniform deuterium ice layer in capsule without infrared radiation is difficult in engineering. The method used to calculate the ice thickness deviation of deuterium–tritium fuel is invalid when the bulk heat generation is equal to zero. Appearance solutions of the deuterium ice in steady state conclude that a uniform ice layer cannot be retained for long without infrared radiation. A transient algorithm by integrating heat transfer theory, the equation derived from Stefan problem and mass conservation with moving mesh technics in a finite element model can be applied to predict deuterium ice spherical symmetry degeneration. It is certified with good reliability by comparing the simulated results with theoretical and experimental data. As for the deuterium targets, the characteristics of linear approximation and integrability avert heavy work of moving mesh in analyses of stable and unstable scenarios. The work has great support for the cryogenic processing and engineering design of ICF targets.
重水素燃料を内包する円筒型極低温ターゲットは、重水素-トリチウム利用が実用化される前に爆縮物理の理解を助ける重要な代替物である。重水素氷厚の均一性は、慣性核融合(ICF)実験における重要なパラメータの一つである。赤外線照射なしにカプセル内に均一な重水素氷層を達成し維持することは、工学的に困難である。バルクの発熱がゼロに等しい場合、重水素-トリチウム燃料の氷厚偏差を計算する手法は無効となる。定常状態における重水素氷の出現解は、赤外線照射なしでは均一な氷層を長期間維持できないことを示している。伝熱理論、ステファン問題から導出された方程式、および有限要素モデルにおける移動メッシュ技術を用いた質量保存則を統合した過渡アルゴリズムは、重水素氷の球対称性の劣化を予測するために適用できる。シミュレーション結果を理論的・実験的データと比較することにより、その信頼性が高いことが実証されている。重水素ターゲットに関しては、線形近似と可積分性の特性により、安定・不安定シナリオの解析における移動メッシュの多大な作業が回避される。本研究は、ICFターゲットの極低温処理および工学的設計を大きく支援するものである。