[发明专利]一种实现能量增益的激光可控核聚变系统及方法

权利要求书

1.一种实现能量增益的激光可控聚变系统，所述系统包括：真空球腔、靶丸、多路激光器，其特征在于，所述系统还包括：单路高强激光器和激光—冲击波转换器；

所述靶丸位于真空球腔中心；

所述多路激光器对称分布于真空球腔外围，且多路激光器的输出激光指向靶丸中心；

所述单路高强激光器位于真空球腔外围，其输出激光指向激光—冲击波转换器，所述单路高强激光器是指能够输出功率密度可达10²³w/cm²，能量在8万焦耳以上的激光器；

所述激光—冲击波转换器为中空锥台形，其锥顶平台端位于靶丸内部，且锥顶虚尖点与靶丸中心重合，单路高强激光器从锥台尾部注入激光—冲击波转换器。

2.根据权利要求1所述的实现能量增益的激光可控聚变系统，其特征在于，所述装置还包括：黑柱腔，所述黑柱腔位于真空球腔中部，所述靶丸设置在黑柱腔几何中心；激光—冲击波转换器位于黑柱腔内；多路激光器的输出激光锥形入射在黑柱腔腔壁上。

3.根据权利要求1所述的实现能量增益的激光可控聚变系统，其特征在于，所述激光—冲击波转换器采用轻材料制成。

4.一种实现能量增益的激光可控聚变方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：获得高温高压高密度下的靶丸的热斑等离子体状态方程，利用热斑等离子状态方程计算获得合格热斑所需的能量，高温高压高密度是指温度≥10KeV，密度≥1kg/cm³，压强≥10¹⁵Pa；

S2：根据计算获得的合格热斑需要的能量，计算出单路最强激光器需要提供的能量；

S3：通过火箭方程计算高密度热斑形成所需的能量，并确定多路激光器输出激光的能量及驱动波形，所述高密度为密度≥1kg/cm³，所述激光的驱动波形为驱动能量随驱动时间以大于3次方方式上升的非线性曲线；

S4：配置如权利要求1或者2所述的激光可控聚变系统，并配置多路激光器和单路最强激光器的参数；

S5：进行激光可控聚变；

首先驱动多路激光器发发射激光，多路激光呈球形直接辐射至靶丸外表面或者多路激光呈两端锥形注入黑柱腔内壁上，产生的X射线均匀辐照在靶丸，驱动靶丸内的燃料内爆，形成紧紧贴在锥形激光-冲击波转换器锥顶平台上密度大于1kg/cm³的燃料；

接着驱动单路高强激光器发射激光，激光辐射在激光—冲击波转换器中空腔体后产生冲击波，冲击波进入靶丸内的燃料球内，将贴在锥形激光-冲击波转换器锥顶平台上密度大于1kg/cm³的燃料加热到聚变反应温度，使燃料发生自持燃烧的聚变反应。

5.根据权利要求4所述的实现能量增益的激光可控聚变方法，其特征在于，所述多路激光器的烧蚀压缩压强为燃料压强的1.1～1.5倍，并在驱动压缩过程中保持不变。