[发明专利]激光聚变黑腔腔壁结构及黑腔

说明书

本发明实施例中公开了一种激光聚变黑腔腔壁结构及黑腔。其中，预先将黑腔腔壁划分为光斑区和非光斑区；所述光斑区为腔壁上的激光打击区；所述腔壁结构包括：设置在所述光斑区的用以增加所述光斑区面积的多个凹孔结构和/或多个凸起结构；其中，所述多个凹孔结构具有相同或不同的几何参数；所述多个凸起结构具有相同或不同的几何参数。本发明实施例中的技术方案能够降低激光等离子体不稳定性，提高激光吸收效率。

技术领域

本申请涉及能源领域，特别是一种激光聚变黑腔腔壁结构及激光聚变黑腔。

背景技术

在激光驱动的惯性约束聚变(简称激光聚变)中，激光通过注入孔被注入到高Z(高原子序数)材料黑腔腔壁并被转换成X光，X光辐射驱动并压缩位于黑腔中心的球形氘氚靶丸实现内爆和聚变点火。

在激光聚变中，如何将注入黑腔的激光能量尽可能多地转换成驱动靶丸实现聚变点火的X光辐射能量，是点火靶设计中的一个基本问题。由于黑腔中并非真空，里面含有从高Z材料腔壁上烧蚀下来的等离子体以及为了抑制光斑区等离子体运动在黑腔中填充的低Z气体。当注入黑腔的激光穿过这些等离子体时，就会发生激光等离子体不稳定性。

在激光注入黑腔的过程中，部分注入激光会因激光等离子体不稳定性通过受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering)、受激拉曼散射(Stimulated RamanScattering)、双等离子体衰变(Two-plasmon Decay)等过程从入射激光的背向散射出黑腔，这将严重降低激光吸收效率，从而降低激光-X光辐射转换效率。激光等离子体不稳定性越严重，则散射/反射回去的激光份额越高、激光吸收效率越低，则实现高增益聚变点火的可能性越小。因此，抑制激光等离子体不稳定性是激光聚变点火所面临的巨大挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例中一方面提出一种激光聚变黑腔腔壁结构，另一方面提出一种激光聚变黑腔，用以降低激光等离子体不稳定性，提高激光吸收效率。

本发明实施例中提出的一种激光聚变黑腔腔壁结构，其中，预先将黑腔腔壁划分为光斑区和非光斑区；所述光斑区为腔壁上的激光打击区；所述腔壁结构包括：设置在所述光斑区用以增加所述光斑区面积的多个凹孔结构和/或多个凸起结构；其中，所述多个凹孔结构具有相同或不同的几何参数；所述多个凸起结构具有相同或不同的几何参数。

在一个实施方式中，所述多个凹孔结构中的至少一个具有至少一个子凹孔结构和/或至少一个子凸起结构；所述多个凸起结构中的至少一个具有至少一个子凹孔结构和/或至少一个子凸起结构；其中，所述至少一个子凹孔结构具有相同或不同的几何参数；所述至少一个子凸起结构具有相同或不同的几何参数。

在一个实施方式中，所述光斑区的腔壁高Z材料为下述材料之一或组合：密实固体材料、疏松固体材料、超材料。

在一个实施方式中，每个光斑区包括1～10000个凹孔结构，凹孔结构的凹面朝向入射激光；每个凹孔的几何参数根据黑腔结构、激光排布和驱动激光参数确定。

在一个实施方式中，每个光斑区包括1～10000个凸起结构；每个凸起结构的几何参数根据黑腔结构、激光排布和驱动激光参数确定。

在一个实施方式中，每个光斑区包括1～10000个凹孔结构及凸起结构，凹孔结构的凹面朝向入射激光；每个凹孔结构及凸起结构的几何参数根据黑腔结构、激光排布和驱动激光参数确定。