物理科技生物学-PHYICA

足立区惠研究揭示了惯性约束聚变内爆中三维不对称的原因

物理学 2021-11-17 23:58:33

作者:迈克尔·帕迪拉,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 这是一个九头蛇模拟的ICF内爆与强加的高密度脂蛋白壳厚度不对称

此处绘制的结果是在峰值压缩(背景色标)时明显扭曲的外壳以及诱发的热点流场

信用:克里斯·施罗德和何塞·米洛维奇/LLNL

惯性约束聚变内爆要求非常高的对称性,以达到聚变诱导自热所需的高密度和高温度

即使偏离完美球形对称的百分之一级也能导致内爆的显著畸变,并最终降低聚变性能

为此,劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员开展了工作,以更好地理解为什么会发生这种情况

该作品发表在《物理评论快报》上,并被列为编辑建议

LLNL物理学家、该论文的主要作者丹尼尔·凯西说,这项工作总结了由高密度碳(HDC)胶囊厚度不对称性引发的面密度不对称性的观测结果,有助于阐明世界上最高能的激光器——国家点火设施(NIF)的ICF内爆显著退化的主要原因之一

凯西说:“这些不对称会减少加热热点的可用能量,并减少能量的限制。”

“这就像一边比另一边用力挤压气球一样,在某个时刻,气球会试图排出薄弱点

" 该论文揭示了胶囊中的微小缺陷会在峰值压缩时发展成内爆的巨大扭曲

事实上,该论文中描述的一些最近的实验显示亚百分比水平的不均匀性(大约0

7%)时,燃料面密度的变化可能增加到大约25%,并产生大约100公里/秒的热点速度

凯西说:“这一结果意义重大,因为如果我们知道ICF内爆中这些不对称的原因,我们就能更好地预测它们并理解它们的影响。”

“也许最重要的是,如果我们知道原因,我们可以努力解决它们

" 这项工作是通过在实验前对预射胶囊进行射线照相来进行的,以确定不均匀性的程度

然后在实验完成后,研究小组在观察到的剩余热点速度和壳面密度不对称中寻找不对称的迹象

凯西说:“这项工作在一定程度上得益于通过使用中子光谱技术观察热点速度来诊断内爆不对称性的进展。”

随着通过中子活化各向异性测量壳层非均匀性的进展

凯西解释说:“这就像一侧的气球被挤压得更厉害一样,如果我们发现热点速度在某个方向非常高,并且与外壳的显著不均匀性对齐,我们就知道内爆的某些方面不是完全对称的。”

“那么问题就变成了‘为什么是那个方向?" " 研究小组随后将胶囊的预拍x光照片与热点速度进行了比较

他们发现,从x光照片中推断出的胶囊厚度变化通常在方向和幅度上都是相关的

这强烈表明,壳层的不均匀性至少是通过热点速度诊断的不对称的主要原因之一

凯西说,理解和改善ICF内爆的性能是实验室对NIF研究的一个重要部分

他说:“现在我们发现高密度聚碳酸酯外壳的不均匀性是内爆性能的一个重要退化,我们正在努力提高外壳计量的准确性,并改进高密度聚碳酸酯的制造,以生产出更均匀的外壳。”

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