预加热效果对磁化套筒惯性聚变放能影响的模拟研究
2021-07-16赵海龙阚明先
赵海龙,王 强,阚明先,谢 龙
(中国工程物理研究院流体物理研究所,四川 绵阳 621999)
可控核聚变是解决未来能源需求的重要手段之一。当前传统的聚变构型如磁约束聚变(Magnetic confinement fusion,MCF)[1–3]和惯性约束聚变[4–6](Inertial confinement fusion,ICF)等都面临着不同的工程和技术问题,距离点火的目标仍有一定的差距,因此有必要探索新的聚变构型方式,以尽量降低聚变的实现难度。
美国圣地亚国家实验室提出了一种结合传统MCF与ICF优势的新型聚变构型[7]——磁化套筒惯性聚变(Magnetized liner inertial fusion,MagLIF),其主要原理是利用大电流驱动金属套筒产生的超高压力(约16 TPa),压缩磁化并预加热燃料,使之达到聚变点火条件。该构型的最大优势在于使用外部热源(如激光器)对燃料进行预加热,使之完全等离子体化[8],由此将轴向磁场冻结于燃料内,随着套筒内爆和燃料一起被压缩,可以显著抑制燃料热传导损失,提升α 粒子的能量沉积效率[9],理论上能有效降低聚变实现的难度,具有极大的应用潜力。
关于MagLIF,理论、模拟以及实验研究均取得了快速进展[10–15],并成功在Z 装置上进行了首批次氘燃料出中子实验[14],然而实验得到的中子产额不如预期,有证据表明主要原因在于激光预加热模式下能量沉积效率过低,至此研究热点转向激光与等离子体的相互作用(Laser plasma interaction,LPI)[16–19]、激光预加热的替代方案[20]等,以便尽可能地提高预加热效率。
上述研究过于重视激光能量沉积效率的提升,而忽略了预加热自身参数对MagLIF过程和内爆结果的影响。为系统性地探究此问……
