主燃料层熵增对激光聚变点火影响研究.pdfVIP

主燃料层熵增对激光聚变点火影响醪 康洞国 (北京应用物理与计算数学研究所，100088) 激光聚变是实现可控热核聚变的重要手段之一。为了节省能量，提高增益，激光聚变采 用了中心点火方式。这种点火方式是通过球形内爆创造一个低温高密度主燃料层围绕高温 低密度热斑的状态，通过热斑点火燃烧主燃料层以达到一定的能量增益。为此，中心点火 在靶丸设计上通常采用所谓单壳层结构的靶丸，即靶丸的燃料结构是一个内部充低密度DT 气体的DT冰球壳空腔，外面包裹一层烧蚀层。内爆的时候，通过对烧蚀层的烧蚀产生多个 冲击波低熵压缩DT冰层以最后形成主燃料层，并且让冲击波在DT冰内界面附近汇聚形成 I 强冲击波高熵压缩DT气体以最后形成热斑。在此过程中多个冲 ◆ 击波的时间匹配是点火的关键。 p 考虑到内爆过程的核心就是利用烧蚀产生的压力来压缩燃 料，在此利用一个简化模型，使用三温辐射流体力学程序来研 究点火靶的内爆。模型如右图，其结构为一个DT冰球壳，内部 充低密度DT气体的，在球壳外表面直接加压强。所加压强在DT 简化模犁示 冰产生四个冲击波，并且经过调制，这些冲击波较精确地汇聚 于DT冰的内界面。经过计算，此模型能够点火，产生9．3MJ的能量输出。 冲击波的时间匹配是激光聚变技术上的一大难点。本文首先计算分析了冲击波失配对靶 丸中子产额及点火的影响。冲击波的失配将使靶丸内爆中子产额迅速下降，最后导致靶丸 无法点火。经过对影响点火的几个主要物理量的分析，确定冲击波失配导致主燃料层熵的 迅速增加是导致靶丸点火失败的主要原因。 为了探究熵增影响点火的机理，在此设计了一个计算模型，利用此模型能够排除其他主 要物理量的影响而单纯地研究主燃料层的熵增对内爆所能达到的热斑状态及中子产额的影 响。经过计算，得到了热斑所能达到的最大压力、密度和离子温度随主燃料层熵增的变化。 结果发现，主燃料层的熵增对热斑所能达到的离子温度影响不大，但是对热斑的压力和密 度有较大影响。主燃料层熵增会导致热斑压力和密度下降，热斑压力和密度与主燃料层熵 增因子有近似定标规律p∞口吨～、P∞口-0．90。热斑密度的降低不仅会降低热斑中的热核反 应速度，同时还会降低热斑的面密度。当主燃料层的熵增过大，使得热斑无法达到点火所 需的密度，靶丸将无法点火。 45