[发明专利]一种激光聚变点火装置和聚变点火方法

说明书

公开了一种激光聚变点火装置，其包括：激光源；两个相同的相互分离的中空的压缩锥体，用于装填用于聚变的燃料，所述两个压缩锥体中的每一个的锥顶设置有孔，锥底开放，所述两个压缩锥体由金属制成，共轴且锥顶相对；以及点火组件，用于对从所述两个压缩锥体的所述孔中喷出并发生对撞的所述燃料进行加热，使其发生聚变点火；其中，所述激光源产生多路激光脉冲，分别从所述两个压缩锥体中的每一个的锥底朝向锥顶方向辐照所述燃料，以使所述燃料从所述两个压缩锥体的所述孔中相向喷出并发生对撞。该激光聚变点火装置可以降低实施聚变压缩和点火的激光的能量，并且能提高激光聚变点火的稳定性。还公开了一种激光聚变点火方法。

技术领域

本申请涉及激光驱动惯性约束聚变领域，具体地涉及一种激光聚变点火装置和一种激光聚变点火方法。

背景技术

由于激光聚变(ICF)过程中激光等离子体参量不稳定性、流体力学不稳定性、内爆混合过程等高度复杂的内禀物理问题，激光聚变过程具有高度复杂性。

期望一种激光聚变点火装置和相应点火方法，可以实质性降低激光聚变点火过程的复杂性，降低激光聚变压缩和点火过程中对激光能量的总需求。

发明内容

一方面，公开了一种激光聚变点火装置，其包括激光源；两个相同的相互分离的中空的压缩锥体，用于装填用于聚变的燃料，所述两个压缩锥体中的每一个的锥顶设置有孔，锥底开放，所述两个压缩锥体由金属制成，共轴且锥顶相对；以及点火组件，用于对从所述两个压缩锥体的所述孔中喷出并发生对撞的所述燃料进行加热，使其发生聚变点火；其中，所述激光源产生多路激光脉冲，分别从所述两个压缩锥体中的每一个的锥底朝向锥顶方向辐照所述燃料以使所述燃料从所述两个压缩锥体的所述孔中相向喷出并发生对撞。

在一些实施例中，所述两个压缩锥体由金制成，其平面投影角为90度-120度，锥顶之间相距80-120微米，所述孔的内径为80-120微米，所述燃料为冷冻球壳状氘氚燃料，其内径为400-2000微米，厚度为40-100微米。

在一些实施例中，所述激光源产生的多路激光脉冲包括：多路压缩激光脉冲，其相向辐照在所述两个压缩锥体中以对所述燃料进行近等熵压缩；以及多路加速激光脉冲，其辐照在近等熵压缩后的所述燃料上，以加速所述燃料从所述孔喷出。

在一些实施例中，所述压缩激光脉冲的脉冲宽度为3～15纳秒，最高功率为0.5-1太瓦，所述加速激光脉冲的脉冲宽度为50-500皮秒，最高功率为70-90太瓦。

在一些实施例中，所述点火组件包括多个相互分离的中空的点火锥体，所述多个点火锥体由金属制成，所述多个点火锥体的锥顶封闭、彼此相对并靠近所述两个压缩锥体的锥顶，所述多个点火锥体的锥底开放；所述激光源产生的激光脉冲进一步包括用于对发生对撞的所述燃料进行聚变点火的多路激光脉冲，其分别从所述多个点火锥体中的每一个的锥底朝锥顶方向辐照锥体内部以产生电子；且所述点火组件进一步包括磁场源，所述磁场源在所述两个压缩锥体的锥顶及其周围施加磁场，将所述电子引导到发生对撞的所述燃料所在区域

另一方面，还公开了一种激光聚变点火方法，其包括：在两个相同的相互分离的中空的压缩锥体中装填用于聚变的燃料，所述两个压缩锥体中的每一个的锥顶设置有孔，锥底开放，所述两个压缩锥体由金属制成，共轴且锥顶相对；将激光脉冲分别从所述两个压缩锥体中的每一个的锥底朝向锥顶方向照射所述燃料以使所述燃料从所述两个压缩锥体的所述孔中相向喷出并发生对撞；对从所述两个压缩锥体的所述孔中喷出并发生对撞的所述燃料进行加热，使其发生聚变点火。

在一些实施例中，所述两个压缩锥体由金制成，其平面投影角为90度-120度，锥顶之间相距80-120微米，所述孔的内径为80-120微米，所述燃料为冷冻球壳状氘氚燃料，其内径为400-2000微米，厚度为40-100微米。

在一些实施例中，使用多路压缩激光脉冲相向辐照在所述两个压缩锥体中以对所述燃料进行近等熵压缩；以及使用多路加速激光脉冲辐照在近等熵压缩后的所述燃料上，以加速所述燃料从所述孔喷出。