[发明专利]激光聚变点火靶丸有效

专利信息
申请号: 202011442204.2 申请日: 2020-12-08
公开(公告)号: CN112669998B 公开(公告)日: 2023-08-25
发明(设计)人: 蓝可;乔秀梅 申请(专利权)人: 北京应用物理与计算数学研究所
主分类号: G21B1/19 分类号: G21B1/19;G21B1/03
代理公司: 北京德琦知识产权代理有限公司 11018 代理人: 李莉丽;王琦
地址: 100094*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 激光 聚变 点火
【说明书】:

发明实施例中公开了一种激光聚变点火靶丸,包括:氘氚气层;氘氚冰层;和烧蚀层;所述烧蚀层由至少两种烧蚀材料组合而成,且不同的烧蚀材料构成所述烧蚀层的不同层。本发明实施例中的技术方案能够提高点火的成功率。

技术领域

本申请涉及能源领域,特别是一种激光聚变点火靶丸。

背景技术

在实验室里实现可控聚变,即人们常说的“人造太阳”,能带给人类取之不尽用之不竭的清洁能源,是科学家们已追逐了半个多世纪、却至今未能实现的伟大科学梦想。利用激光实现间接驱动惯性约束聚变(ICF,Inertial confinement fusion)是人们实现可控聚变的重要途径之一。在间接驱动激光聚变中,激光被以一定的角度从一个黑腔的激光注入孔注入到高Z(即高核电荷数)材料黑腔腔壁上,激光在腔壁上转换为X光,形成具有高辐照均匀度的X光辐射场,驱动并压缩位于黑腔中心的被包裹在烧蚀材料中的含有氘氚燃料的球形靶丸内爆,达到可媲美太阳中心区域的温度和压力,并将燃料约束足够长的时间后实现聚变点火、释放出足够的能量。

在典型的靶丸内爆过程中,在随时间演化的X光辐射烧蚀下,靶丸烧蚀层吸收能量后所产生的热等离子体向外膨胀,同时向内产生多个按一定原则来匹配的冲击波以便用最少的驱动能量获取最大的内爆压缩,冲击波在靶丸燃料层卸载后推动靶丸向内加速运动。当驱动源结束后,靶丸开始减速并进入阻滞阶段,将动能转换为热能且在燃料芯部形成高温、高密度热斑。在其状态达到点火条件时,热斑发生聚变核反应并产生大量高能α粒子,高能α粒子进一步点燃周围的冷燃料,使热斑达到稳定燃烧并释放能量。当靶丸所释放的能量大于驱动黑腔的激光能量时,称之为点火。我们可以把靶丸的整个内爆点火过程分为:冲击波匹配阶段、加速阶段、减速阻滞、点火燃烧等四个阶段。

黑腔中激光等离子体不稳定性(LPI)和靶丸的内爆流体不稳定性(HI)这两大不稳定性是激光聚变至今未能实现点火的两大障碍。LPI和HI使得实际聚变产额远低于一维理论设计,极大地降低了点火成功概率。通过理论设计来降低LPI和HI,是提高点火成功概率的关键。

发明内容

有鉴于此,本发明实施例中提出一种激光聚变点火靶丸,用以提高点火成功概率。

本发明实施例中提出的一种激光聚变点火靶丸,包括:氘氚气层;氘氚冰层;和

烧蚀层;所述烧蚀层由至少两种烧蚀材料组合而成,且不同的烧蚀材料构成所述烧蚀层的不同层。

在一个实施方式中,所述烧蚀层包括:高密度碳(HDC)层、掺杂钨(W)的HDC层和塑料(CH)层。

在一个实施方式中,所述烧蚀层的优化组合顺序,由内向外依次为:HDC层、掺杂W的HDC层、CH层。

在一个实施方式中,所述烧蚀层按照保证辐射在冲击波匹配阶段完成对最外层CH层的烧蚀的原则确定CH层的初始厚度;按照在加速阶段烧蚀掺杂W的HDC层和HDC层的原则并根据设定的聚变产额及熵增因子需求来确定掺杂W的HDC层和HDC层的初始厚度。

在一个实施方式中,所述HDC层的初始密度为3.48g/cm3,厚度为6~8μm;所述掺杂W的HDC层的初始密度为3.5~3.6g/cm3,厚度为20~30μm;所述CH层的初始密度为1~1.05g/cm3,厚度为123~133μm。

在一个实施方式中,所述氘氚气层的初始密度为0.39~0.49mg/cm3,气体半径为891~901μm;所述氘氚冰层的初始密度为0.235~0.265g/cm3,厚度为56~62μm。

从上述方案中可以看出,在本发明实施例中由于利用不同的烧蚀材料来组合得到靶丸的烧蚀层,因此可以对各烧蚀材料的优缺点进行取长补短,充分利用各烧蚀材料的优点,从而可提高点火的成功率。

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