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人造太阳美国国家点火装置最新进展

发布时间:2019-08-15 19:44:00

  美国Lawrence Livermore 国家实验室国家点火装置(NIF)采用的系统为:驱动能量1.5MJ,0. 5 m,500TW。自从2009年 月,该系统启动并开展了一系列任务:国家安全,基础科学,惯性约束能源。围绕NIF建立了近60个诊断系统,X射线,光学,核物理。NIF上的首要目标即驱动一个充0.2mg的DT燃料的低Z靶丸内爆,采用的方法为间接驱动,由此实现聚变点火,产生热核燃烧净能量增益为(聚变产额/驱动激光能量)。外壳密度约为1000g/cm ,面密度 R~1.5g/cm2,包围一个低密度热斑,温度为10keV, R~0. g/cm2。实现这些条件需要精确控制激光和靶参数,确保混合烧蚀材料低绝热,实现高聚集性的内爆。大多数参数的独立实验已经实现了内爆及燃料压缩条件的80%~90%,尽管不是同时。核产额低于模拟数值的 ~10倍, 控制范围也是同样的数值。本文讨论了实验的趋势以及表现下降的原因,并分析和理解内在物理机制。

  国家点火计划采用间接驱动的方法,将充DT 燃料的靶丸被放置在高Z 金属柱腔内部,通过将激光驱动能量聚焦在辐射腔内壁转换成X 射线以实现内爆驱动,如图9所示,入射激光的时间和空间分布被调制,从而将DT 燃料制造成~1000g/cm 的外壳层,包围低密度的点火热斑。当热斑中心温度达到10keV,面密度到达0. g/cm2,约等于 粒子截止范围,当内爆燃料面密度达到1.5g/cm2 时,热斑即保持足够长并通过 加热达到几十keV。为实现这样的面密度和热温度的条件,需要经历低熵过程,高聚集性球对称内爆(~ )。这需要精确的控制和靶型,平衡各种内爆参量的速度(v),绝热过程(a),热斑形状(s),绝热燃料混合(m)。点火装置上已经独立实现了部分指标,但并非同时。热斑压力比预计值低2~ 倍,混合速度比预期值低。

  其中Y1 -15MeV为能量峰值处于1 ~15MeV 的未散射中子产额。dsr约正比于DT燃料面密度,ITFX与广义劳森判据相关联,ITFX=1定义为能量大于1MJ的产额值为50%。如图10所示为冷冻多层靶中子产额与dsr之间的关系图。在2012年,第四脉冲(图9)的上升沿变缓,产生一个高压缩低熵的内爆,第四脉冲的长度被展宽后,使dsr值变高,并使ITFX增加至0.1。

  CH烧蚀材料混合进入热斑将增加辐射损失,降低中子产额。如图11所示,燃料混合质量 100~200ng与中子产额下降直接关联。图12为DT靶中子产额与离子温度之间关系图,数据显示定标率关系YDT~Tik,一维计算结果k 4.7,但实验结果略小于该值。实验产额比理论产额低 ~20倍,图中虚线对应不同的热斑密度,从左上角到右下角密度逐渐增长。模拟结果比实验预测的热斑密度要高。图12(b)结果表明当CH混合增加至 00~ 000ng以及 沉积的引入。中子产额和离子温度均迅速下降,与实验结果一致。

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