通过内爆压缩创造满足点火要求的等离子体条件是激光聚变的关键,内爆物理是激光聚变研究的主要内容之一。认识和把握内爆动作规律是实现激光聚变点火不可或缺的基础。针对内爆物理中的若干重要问题,本博士论文进行了理论分析和数值模拟研究,获得了有重要科学意义和应用价值的结果。在第一章,我们介绍了激光聚变的基本过程与涉及的主要物理问题,回顾了激光聚变研究的历史和研究现状。特别是,从点火及燃烧物理、减速惯性压缩动力学、辐射烧蚀驱动物理和脉冲整形熵增控制技术等四个方面着手,讨论内爆物理的内涵及存在的问题。在第二章,我们首先讨论了靶丸内爆过程中存在的冲击波压缩和惯性压缩两个阶段的特征。根据冲击波压缩和惯性压缩强度的特点,提出利用靶丸壳层厚度的改变来调节冲击波压缩和惯性压缩的相对强弱,使得两种压缩过程形成相对独立的核反应过程；结合神光Ⅲ原型激光装置的具体条件,理论设计了充气压分别为10atm和100atm两种内爆实验靶型,理论预期在低气压靶内爆中形成核反应速率双峰结构的特性,而在高气压靶内爆中形成纯冲击波压缩核反应出中子和近似纯惯性压缩核反应出中子的特性。通过神光Ⅲ原型低气压靶实验,利用中子产生速率演化曲线测量获得了理论预测的核反应速率双峰结构,但是实验中子产生速率大小与理论预测仍然有较大差距。而高气压靶实验获得了冲击波压缩和惯性压缩的核反应中子产额,实验给出的冲击波压缩中子产额达到一维数值模拟的74%,但是惯性压缩的产额则只有一维数值模拟的5%～30%。两种靶型的实验都显示惯性压缩对非理想因素影响的敏感性比冲击波压缩大得多。在第三章,我们研究了壳层减速惯性压缩这一内爆核心动作过程的物理规律。取壳层密度均匀分布近似,对R.Betti给出的厚壳模型进行了简化,建立了等密度厚壳模型。基于等密度厚壳模型,利用解析分析结合数值求解的方法,得到了减速惯性压缩的近似定标规律；通过简化靶丸内爆的数值模拟考察了等密度厚壳模型给出的定标关系的合理性,结果表明：等密度厚壳模型给出的定标关系较好地反映了减速压缩的基本规律。定标规律显示,内爆中存在一个特征壳层质量,壳层实际质量大于特征质量才可实现燃料的充分惯性压缩；在惯性压缩充分进行的情况下,压缩结果主要决定于一个无量纲量,这一无量纲量为壳层“动压”(pu2/2,ρ为密度,u为速度)与驱动压的比值,提高壳层动压有利于促进压缩,提高热斑压力。利用定标关系结合广义劳森判据分析了各种形式表示的点火条件。在第四章,我们研究了通过驱动脉冲波形降低燃料壳层熵增以实现热斑高压力和主燃料高密度的问题。从熵增控制要求出发,分析了驱动源产生的冲击波对熵增的影响,讨论了通过控制冲击波的个数、强度及加载时间来抑制熵增的原则,给出了实现熵增控制要求的驱动脉冲波形。理论上,壳层加速前可以利用多个冲击波汇聚于燃料壳层内界面附近使燃料处于低熵状态,壳层加速阶段需要保持壳层近等熵飞行。但是,数值模拟表明：加速开始时壳层内界面产生的稀疏波传到烧蚀面将反射一个压缩波,如果不加控制,此压缩波将发展为强冲击波导致过大熵增。根据上述数值模拟结果,我们利用波后压力随距离逐渐升高的冲击波来抑制稀疏波的方法,把烧蚀面反射波控制在压缩波阶段,实现总体熵增控制要求。在第五章,我们提出在靶丸中增加一层密度相对较高的材料代替靠近烧蚀层的部分燃料,增大壳层整体“动压”,进而提高内爆的热斑阻滞压,放宽点火对熵增控制的要求。数值模拟研究了SiO2、Al、SiC和Ti等材料作为“高密度”层的提升压力效果,给出了燃料与高密度层质量比例变化对内爆压缩性能的影响。选择Al作为提升压力的高密度材料,给出了分别以CH塑料和高密度碳(HDC)作为烧蚀材料的点火靶丸概念设计,并根据线性增长率分析了Al层内外表面流体力学不稳定性。内爆数值模拟显示,CH和HDC靶丸概念设计的主燃料层熵增因子虽然达到2.92和2.38,但是热斑阻滞压却与传统CH和HDC低熵(熵增因子约1.5)点火靶接近。本章提出的利用高密度材料增压的靶丸设计,理论上具有潜在的高熵抑制烧蚀面不稳定性的优点；同时由于放宽了对熵增的要求,第一个冲击波强度提高、驱动脉冲缩短,可以采用高效低填充黑腔,减缓黑腔等离子体的不利影响。在第六章,利用一个压力驱动的简化靶丸模型,数值模拟研究了冲击波点火中内爆减速阶段压缩过程及热斑增压物理机制。分析了阻滞时刻燃料非等压结构的形成原因,研究了点火冲击波对热斑形成过程的影响；利用流体规律分析了冲击波碰撞对壳层的影响,结合惯性压缩定标规律给出了热斑增压的主要物理机制。本章的研究表明：冲击波碰撞导致对压缩起主要作用的壳层密度增高是冲击波点火热斑增压的主要物理原因；与传统中心点火相比,冲击波点火的热斑能量耦合效率没有提高,热斑压力的提高、点火能量的降低都是以热斑尺寸的减小为代价。