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World File Search System聚变能量
利用激光驱动离子束快速点火惯性聚变能量
使用激光驱动离子束的快速点火惯性聚变能 执行摘要 离子快速点火 (IFI) 或由激光驱动离子束引发的聚变快速点火是实现高增益惯性聚变能 (IFE) 的一条有前途的途径 [1,2]。在 IFI 中，首先使用激光或脉冲功率驱动器组装冷的、致密的氘氚 (DT) 燃料。然后，高功率离子束聚焦到燃料内的一小块体积（热点），迅速将燃料加热到发生聚变点火的状态。该热点中的聚变燃烧会传播到热点周围的燃料，导致该燃料的很大一部分燃尽，并且有可能实现惯性聚变能所需的高增益 (G~100)。IFI 对燃料压缩和点火两个基本元素使用单独的驱动器，从而最大程度地控制和优化每个元素。另一方面，传统的激光聚变使用同一驱动器的多束光束来压缩燃料并对其中心进行冲击加热以点燃燃烧波。尽管传统激光聚变取得了令人瞩目的进展，但高增益和 IFE 所需的精确空间对称性、时间脉冲整形和定时仍然是一项尚未解决的严重挑战。过去二十年来，激光离子加速和聚焦方面取得了重大进展，国家点火装置 (NIF) 上演示的 DT 燃料高密度压缩表明了 IFI 概念的基本可行性。作为一种有前途的补充方法，IFI 是一个值得优先研究的方向，因为它为 IFE 的成功提供了一条替代途径，其风险状况与传统激光驱动聚变不同。然而，它利用并促进了许多相同科学和技术的发展。然而，需要进一步的研发投入来解决 IFI 中的关键技术差距。实现离子快速点火的两种不同方法显而易见：使用通过重入锥聚焦到热点的低 Z 离子，以及使用在胶囊外部产生的高 Z 离子。两者都有优点和缺点，需要通过开发燃料组件和点火的点设计进行检查，同时评估各种权衡（例如激光等离子体不稳定性 (LPI) 风险、效率、稳健性）。这种检查将指导定义关键的把关指标，以证明进一步开发的合理性、核心能力的进一步开发以及关键指标的同时实验演示。引言离子快点火可能是高增益惯性聚变能量生产的可行途径 [1,2]。为了实现 IFI，首先使用传统惯性约束聚变 (ICF) 技术（例如激光驱动压缩（直接或间接驱动）或脉冲功率驱动器）将大量氘氚燃料组装成高密度（~500 g/cm 3）。然后，高流离子束，由一个或多个高强度激光束与转换器靶相互作用产生的激光，被导向燃料内的热点体积，以便等容加热热点燃料（即，没有流体动力学
2024 年 ASCR 领导力计算挑战奖名称
Perlmutter-CPU 上的 394,008 个节点小时 研究摘要：激光束在等离子体中不受阻碍地长距离传播对于高能量密度 (HED) 实验和惯性约束聚变的成功至关重要。然而，这种传播可能会受到多种激光-等离子体不稳定性的影响。由螺旋激光束驱动的等离子体波的拓扑结构提供了以前未探索过的对激光-等离子体相互作用的控制水平。与传统光束不同，螺旋激光束可以与等离子体交换角动量并激发螺旋等离子体波。这些等离子体波的螺旋拓扑从根本上改变了它们与电子和离子的相互作用，改变了不稳定性的发展和特性，包括增长率、阈值和饱和度。该项目的研究计划结构复杂，从暖螺旋等离子体波的基本特性开始，逐渐发展到单个散斑中的激光等离子体不稳定性。由于其场结构的性质，螺旋激光束和螺旋等离子体波必须以 3D 形式模拟。该项目将采用 3D 粒子胞内 (PIC) 模拟来捕捉相关物理现象。在 OMEGA 和 NIF 等高能激光设施中产生螺旋光束的新兴能力强调了及时检查螺旋激光驱动器对缓解激光等离子体不稳定性的影响的重要性。我们对螺旋光束驱动的激光等离子体不稳定性的研究由美国能源部 (DOE) 的两个项目资助：高能密度实验室等离子体项目 (DOE/SC/FES/HEDLP) 和通过高级计算进行科学发现项目 (DOE/SC/SCiDAC)。该项目针对 DOE 感兴趣的特定领域是“等离子体的非线性光学和激光-等离子体相互作用”，以促进聚变能科学。支持该提案的 SCiDAC 项目旨在解锁百亿亿次超级计算机上惯性聚变能量相关模拟中的动力学效应。该项目还将为研究生提供培训，让他们将高性能计算应用于激光-等离子体相互作用的研究。