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采用两步走方案激光核聚变快点火突破瓶颈

2019/08/15 来源:平谷信息港

导读

日前从国防科技大学获悉,该校理学院卓红斌团队在核聚变 快点火 研究中取得重要进展。研究人员采用一种全新策略,使轰击燃料靶的高能电子束得以有效

  日前从国防科技大学获悉,该校理学院卓红斌团队在核聚变 快点火 研究中取得重要进展。研究人员采用一种全新策略,使轰击燃料靶的高能电子束得以有效聚焦,从而可大大提高能量利用效率,为终实现激光核聚变 快点火 带来了曙光。

  激光核聚变利用超强压缩燃料靶丸,使之达到 点火 条件从而引发核聚变,是人类实现可控热核聚变的重要方式。由于该核聚变过程需要1亿摄氏度以上的极高温和1000亿倍大气压的极高压条件才能触发,能否成功 点火 是关键和难点所在,科学家至今尚未攻克。目前的进展来自美国的国家点火装置nif。尽管其在2014年年初宣布实验中释放的能量首次超过燃料吸收能量,但 点火 仍未能实现。

  快点火 的瓶颈之一在于高能电子束的大发射角。据介绍,在高能量密度电子束输运过程中,大发散角将严重影响能量沉积效率进而影响 点火 的实现。为此,卓红斌团队提出了一种高能电子束定向准直理论,并构建了新物理方案。简单地说,该方案分成 两步走 ,即先用单束长脉冲激光打到靶背面,在靶背面形成一个由等离子体构成的内嵌环形磁场;约0.4纳秒后,在靶正面辐照一束短脉冲激光,当由短脉冲激光产生的高能电子束向背面传输时,笼罩在外的环向磁场构成一具 透镜 ,对电子束运动方向进行约束,使得发散角降低,从而实现发散电子束的有效聚焦。

  在日本大阪大学实验室和天津国家超算中心进行的验证性实验和数值模拟结果表明,该方案成功使高能量密度电子束的初始发散角从50度减小至10度,且聚焦电子数密度提升一个量级,有助于更好地达到 点火 所需条件。下一步,研究人员将深入研究高能电子束在靶内的传输过程和控制方法,以真正实现 点火 。

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