[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

说明书

本发明公开了一种实现能量增益的激光可控聚变系统及方法，所述系统包括：真空球腔、靶丸、多路激光器、单路高强激光器和激光—冲击波转换器，其中单路高强激光器是指能够输出功率密度可达10supgt;23/supgt;w/cmsupgt;2/supgt;，能量在8万焦耳以上的激光器；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，所述方法首先利用热斑等离子体状态方程和火箭方程激光激光器参数，接着搭建激光可控聚变系统，最后进行激光可控聚变实验。本申请的系统在激光聚变的直接驱动和间接驱动实验方法基础上发展而来，是一种激光聚变领域新的实验理论和实验方法，该系统及方法能够有效降低激光聚变实验技术难度，实现能量增益的激光可控聚变。

技术领域

本发明属于核能源和核技术领域，具体涉及一种实现能量增益的激光可控聚变系统及方法。

背景技术

目前，世界上最有可能率先实现可控核聚变的方法是磁约束聚变和激光惯性约束聚变。其中激光惯性约束聚变的实验途径主要包括：直接、间接驱动和快点火。这几种实验方法目前都在处于研究阶段，做得最好的间接驱动实验结果达到了激光输入能量2.25MJ，热斑能量输出为3.5MJ，热斑增益大于1的水平，虽然上述实验在热斑内实现了增益大于1，但是要实现能量的净输出，整个设备的能量增益需达到200-300倍，到目前为止还没有一项实验能够达到预期的结果。

激光可控核聚变实验没有成功有几方面的原因：第一方面是对高温高密度等离子体的状态研究不足，使得研究之初对技术的需求预测不准确；第二方面是对等离子体的压缩过程和燃烧过程研究不足，使得认识和真实情况有较大的差异，驱动和内爆过程各阶段都还需要研究，以提供准确的关于高温高密度等离子体形成、发展和燃烧信息；第三方面是可控核聚变技术已经处于技术发展的极端边沿，但是诸多实验难点还未解决，比如不对称、压缩过程的不稳定性、驱动过程的能量传输效率低等等。

目前激光可控核聚变的发展途径主要有三条：一是增加能量输入；二是提高能量耦合传输效率；三是发展实验理论和新的实验方法，前两种方法技术已经处于极端，发展十分困难，因此第三种方法是目前希望能够有效降低实验技术难度的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种实现能量增益的激光可控聚变系统及方法，该系统在激光聚变的直接驱动和间接驱动实验方法基础上发展而来，能够有效降低激光聚变实验技术难度，实现能量增益的激光可控聚变。

为达此目的，本发明第一方面采用以下技术方案：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，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。

优选的，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呈锥形入射在黑柱腔腔壁上。

优选的，所述激光—冲击波转换器采用轻材料制成。

本发明第二方面采用以下技术方案：一种实现能量增益的激光可控聚变方法，所述方法包括：