[实用新型]一种激光聚变正交椭球腔

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光聚变黑腔设计领域，具体涉及一种激光聚变正交椭球腔。

背景技术

激光惯性约束聚变，作为人类科学利用聚变能的“终极能源梦”解决方案之一，是采用激光作为驱动器压缩氘氚燃料靶丸，在高密度燃料等离子体的惯性约束时间内，实现热核聚变点火燃烧科学研究领域。

在间接驱动激光聚变中，激光束通过注入孔注入到一个高原子序数材料制成的命名为黑腔的中空腔体内，转化为X光辐照黑腔中心的低原子序数材料靶丸，使靶丸中心燃料达到高温高密度的聚变点火条件。为达到该点火条件，需要将靶丸压缩30倍以上，因而黑腔辐射驱动不对称性需控制在1%以下，这正是一个好的黑腔设计的关键要求。目前，两端各开一个注入孔的圆柱状黑腔是传统主流设计，并在美国点火攻关等项目中被大量研究。为了在柱腔中达到需要的高对称性，采用了多环注入的方式，通过调控内外环功率比来控制低阶不对称性。但内环激光由于靠近靶丸烧蚀出的低原子序数等离子体和压缩的填充气体，会产生相当大份额的背向反射，且多束激光交叠会产生难以控制的束间能量转移，且外环产生的高原子序数等离子体还会影响内环光束的传输，这些都使得多环注入和内外环功率比调控非常困难。而且，内外环功率比调控技术非常依赖于程序模拟，而激光等离子体相互作用区域的等离子体是非局域热动平衡的，很难精确计算。除了柱腔，椭球腔、四或六孔球腔等许多其它形状的黑腔也被提出和研究能否改善黑腔内的辐射环境：椭球腔虽能提高能量耦合效率，但类似柱腔有多环注入和内外环功率比调控的困难；四孔或六孔球腔在辐射均匀性上有天然的优势，但四孔球腔要保持良好的辐射均匀性则很难采用单环注入方式，而六孔球腔则耦合效率较低。

实用新型内容

本实用新型提供了一种激光聚变正交椭球腔，可有效改善黑腔内的辐射环境。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

三个相同的椭球腔中心对齐、正交拼接成正交椭球腔，所述椭球腔为椭圆沿椭圆长轴旋转而成的中空椭球腔体，交叉部位中空无腔壁，平行于每个椭球腔短轴方向切除两端头形成开孔椭球腔，开孔作为激光注入孔。

进一步的，在设计靶丸直径为1.8~2.4mm的前提下，所述开孔椭球腔的两个注入孔所在端面之间的间距为9~11mm，所述椭球腔不含腔壁厚度的短轴长度为5~6mm。

进一步的，所述激光注入孔的直径为2.4~3mm。

进一步的，所述椭球腔腔壁厚度≥10μm。优选的，所述椭球腔腔壁厚度≤100μm。

进一步的，所述正交椭球腔的内壁由金制成。

以上所述的激光聚变正交椭球腔，具有以下优点：

（1）激光注入：正交椭球腔的每个椭球两端开孔，共有六个激光注入孔，每个注入孔的激光注入相互独立，每个注入孔均采用单环激光注入，不存在多环注入所带来的束间能量交换、高背反份额、外环等离子体泡对内环激光传输的遮挡等问题。当进行激光注入时，所有激光束都以相对所在的椭球腔长轴成相同50°~60°的入射角入射各个注入孔，每一个注入孔的激光近似旋转对称注入，在研究激光等离子体相互作用问题时可方便地采用二维近似。

（2）时变对称性：视角因子程序计算结果显示，在不用内外环功率比调控的情况下，正交椭球腔也表现出优良的辐射对称性，其时变不对称性在整个驱动过程中始终小于1.0%。

（3）背反份额：由于正交椭球腔每个注入孔均采用单环激光注入，其激光等离子体相互作用导致的背反份额很低，接近于相近直径和充气密度的柱腔的外环。

（4）耦合效率：正交椭球腔的耦合效率大幅高于其他黑腔，平均比典型近真空柱腔高约22%、比典型四孔球腔高约17%、比典型六孔球腔高约29%。

（5）等离子体填充：由于正交椭球腔内激光打击点所在环面的几何尺寸与相应柱腔相近，由解析公式计算，其等离子体填充时间接近于相应柱腔。

综上，本实用新型正交椭球腔具有柱腔、四孔或六孔球腔等几种黑腔的大部分优势，特别是其耦合效率大幅高于其他黑腔，且可预见的风险较小，是一种极具竞争力的点火候选腔型。

附图说明

图1是本实用新型正交椭球腔立体结构示意图。

图2是本实用新型X-Y平面内椭球状空腔交叉的结构示意图。

图3是本实用新型正交椭球腔三维激光注入结构示意图。

图中，正交椭球腔1，注入孔2，激光束3。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于以下实施例。

实施例1