PDF《快点火与超强激光等离子体相互作用问题 3》

2 计划 间接驱动实现点火是有较大把握的 需要 ) 的Ξ激光能量 相应的激光器 ?

2 正在建造

1 路峰值功率约 * ? ≈ 以直接驱动方式实现点火需 要多少能量尚待进一步确定 直接驱动的能量利用 效率高 但其关键问题是内爆过程的流体力学不稳 定性 如果均匀辐照问题不能很好解决 点火所需的 激光能量也可能不比间接驱动低 直接驱动是否可 行 关键是需要有直接的实验证明 大学 的的激光器是为此目的建造的 但其 实验情况还不是非常清楚≈ 近年来提出的快点火≈ 为实现点火提出了新 的思路 它将整个过程分为独立的两步进行 先对靶 丸进行压缩 达到所需要的高密度 预压缩 再加热 芯部达到点火条件 并分别由多束驱动内爆的激光 ) ? 和超强点火激光ΚΥ)?Λ实现 这种方式具有如下优越性 大大 降低了压缩所需要的驱动能量 同时降低了驱动压 缩的对称性要求 为较低驱动能量达到点火提供了 可能 但是 另一方面 利用超强激光点火是非常复 杂的过程 存在一系列物理的和技术上的困难和不 清楚之处 下面我们先研究预压缩内爆 然后再讨论 超强激光和等离子体相互作用的问题 快点火的预压缩

211 内爆压缩所需的能量 中心热斑点火是/ 快点火0提出以前激光聚变主 要采用的点火方式 这种方式要求一个经过细致调 制的激光脉冲驱动聚变靶丸内爆 同时产生中心的 热斑点火区 满足点火条件 Θ ρ ?

1 Τ ∴ # # 卷年期?及其周围由主要燃料质量组成的高密度低温 主燃烧区 为了生成点火热芯以及能量增益 这一冷 层是重要的 两区之间压力基本平衡 称为等压压 缩内爆≈ 快点火则不同 在内爆预压缩阶段无需 创造 而且要尽量避免产生中心热区 因而等压内爆 就变成了等密度内爆 下面以简化模型为基础进行 讨论≈ 首先进行能量的估计 主要想说明等密度 压缩能减少驱动能量的原因 等压模型压缩后靶球的总能量为 Ε? = Ε + Ε , ( ) Ε Ε 分别表示热的芯部和冷的高密度外层的能 量 其中 Ε = κΤ Μ Λ?* , ( ) Λ?*为每个 ?* 核子的平均质量 , Ε ( ? ) =

1 ? Τ ( ? ) Μ , ( ) Μ = Π ρ Θ =

1 ρ =

1 Θ ? , ( ) 其中 ρ Θ 已取为

1 使之满足点火条件 Ε =

1 ? ΑΜ Θ / , ( ) Α 相应于温度为零的情况 ,实际上不可能是理想 的冷压缩 ,所以 Α一定大于 .对于等压模型 ,要求 冷 !热区压力相等 : Π = Π = Π, ( ) Π = Θ Λ?* κΤ =

1 ? Τ ( ? ) Θ , ( ) Π =

1 ? Α Θ / . ( ) 设点火时 Τ ? ,并假定热核燃料具有较高的 燃耗 ,例如 %(燃耗公式见下面) ,则要求面密度 Θ ρ Θ( ρ ρ ) .为了得到一些量大小 的概念 ,设Θ,Α时,计算有关物理量 : Π

1 ? 百万大气压 , ρ

1 , Θ , ρ

1 , Μ

1 , Μ

1 , Ε Ε ,( Ε Ε ) ? .假定内爆 流体力学效率为 Γ

1 (定义为核燃料得到的能量 和靶吸收的激光能量之比) ,则靶球吸收了的激光能 量Ε(ΕΕ)/ Γ ? ( Ε Ε )

1 . 对于等密度压缩模型 , 假设具有同样的燃耗 , Θ ρ 和被压缩物质具有同样的密度 , Θ ,则ρ1,Μ1?,Ε同样假设流体力学效率为 % , 则Ε.我们看到 ,等密度压缩模型能量需求下降了 约倍.其原因除省却热斑能量外 ,更重要的是由 于没有热芯 ,达到同样增益所需的 ?* 质量大大减 少 ,而在等压模型中 ,低密度热芯半径相当大 ,为达 到同样燃耗 ,高密度冷层的质量必须增加 .