PDF《快点火与超强激光等离子体相互作用问题 3》

究为纽带 光子学与生命科学的交叉结合必将开拓 出光辉灿烂的未来 参考文献≈??∏?≈°≥≈≥°≥ ετ αλ.

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3 国家高技术惯性约束聚变主题 !国家自然科学基金资助项目 收到初稿 修回 快点火与超强激光等离子体相互作用问题

3 常铁强北京应用物理与计算数学研究所 北京 摘要/快点火0是近年来提出的激光聚变点火的一种新方式 它的特点是靶丸的压缩和点火分开进行 第一步 由通常的多束激光对称辐照靶丸获得高密度 ;

而后由单束超强激光(ΙΚ Υ ) ? Λ )加热芯部实现点火 .和 传统的/ 热斑点火0比较 ,快点火在压缩方面具有很多优越性 :大量节省驱动能量 ,降低了对驱动均匀性的要求 ,并且可 以达到更高的能量增益 .但是超强激光点火却涉及一些非常复杂的问题 :在预压缩形成的等离子体中打洞(

2 在高密度燃料的边沿产生足够数量的高能量电子( ? ,这些电子的传输加热等 .文章简短地讨论这些问题 ,并 研究了几十 激光能量实现点火的可能性 . 关键词 快点火 ,预压缩 ,超强激光等离子体相互作用 ΦΑΣΤ ΙΓ ΝΙΤΙΟΝ ΑΝ? ΥΛΤΡ ΑΙΝΤΕΝΣΕ ΛΑΣΕΡ ΠΛΑΣ ΜΑ ΙΝΤΕΡ ΑΧΤΙΟΝ ≤ * 2± (Ινσ τιτυτε οφ Αππλ ιεδ Πηψ σ ιχσ ανδ Χ ο? πυτατιοναλ Ματηε ? ατιχσ, Βει? ινγ ) Αβσ τραχτ ? ∏ √ ∏ ? ∏

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2 * ∏ # # 物理 ? Κεψ ωορδσ ∏ 引言 用热核聚变释放的能量解决能源问题是人类追 求的理想 为此已经奋斗了半个世纪 主要在两个方 面进行研究 磁约束和惯性约束 磁约束聚变

2 ∏ 简称 ≤? 希望用具有一 定构形的装置和磁场位型将高温 几个 ? 氘氚等 离子体箍缩 稳定地产生热核反应 如托卡马克装 置 由于磁场达不到很高 热核粒子的密度就不能太 高)设计的目标是长时间稳定运行 惯性 约束聚变∏简称≤? 则不同 走的是高密度道路 反应粒子的密度 要达到大约 持续时间大约为 因此作为能源的运行方式是脉冲式的 例如每秒发生 几次 本文讨论的是惯性约束聚变 研究也有 多 年的历史了 已经取得很大的进展 可望在不到 年实现点火 点火就意味着局部区域热核反应产生 的能量能加热本身及周围的部分冷燃料达到热核反 应所需的温度 为继续反应创造了条件 点火是高增 益靶设计的基础 ≤? 的驱动源 原则上可以是光或 粒子束 但目前研究最多的是激光≈将来的热核反应 堆驱动源是什么 尚无定论 离子束 !半导体激发的 激光 ?° ! ? 激光 ! 箍缩都有可能 最被看好 的是重离子束 而且是短波长 如1Λ的钕玻 璃激光 ≤? 是由靶丸的内爆实现的 最简单的靶丸 由推进层和芯部燃料区组成 燃料为 ?* 目前实验 多用 ?* 气 将来要用贴于推进层内壁的 ?* 固体 层 推进层则多为塑料或玻璃 是一个毫米大小的 球 驱动源均匀地作用于推进层 使外表面加热向外 膨胀 称为烧蚀 由于动量守恒 就会有一个冲击波 向靶丸内部传播 压缩 ?* 物质达到产生热核反应 所需要的密度和温度 并持续一定的时间 因此它是 靠物质的惯性创造条件和维持热核反应的 惯性约 束聚变又分为直接驱动和间接驱动两种方式 前者 要求足够多束的激光尽量均匀地辐照靶丸 后者则 要求先将激光能转换为软 ÷ 光由÷光烧蚀靶丸 因此又称为辐射驱动 激光转换 ÷ 光是通过黑腔靶 ∏ 实现的 目前采用的黑腔多是柱形 由高 材料制成 例如 ∏ 以提高激光吸收和 ÷ 光转换 效率 柱腔的两个端面各有一个激光入射孔 聚变靶 丸则放在黑腔的中央 激光通过入射孔进入黑腔 辐 照黑腔的内壁 被吸收和转换为 ÷ 光÷光经过输 运作用于靶丸 间接驱动的优点在于 ÷ 光输运快 容易做到均匀驱动内爆 而且 ÷ 光烧蚀深度大 对 于内爆压缩流体力学不稳定性 如2* 不稳定性 具有较好的抑制作用 流体力学不稳定性 对内爆是最大的威胁 而这正是直接驱动的困难之 处 间接驱动的缺点是总的激光能量利用效率较低 经过多年的研究 特别是 √ 激光器上的靶物理 实验和美国利用地下核试验进行的 ≤ ∏