氘氘塑料靶丸变收缩比内爆物理实验

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.64,No.12(2015)125203氘氘-塑料靶丸变收缩比内爆物理实验研究晏骥1)张兴1)郑建华1)袁永腾1)康洞国2)葛峰骏2)陈黎1)宋仔峰1)袁铮1)蒋炜1)余波1)陈伯伦1)蒲昱东1)黄天晅1)y1)(中国工程物理研究院激光聚变研究中心,绵阳621900)2)(北京应用物理与计算数学研究所,北京100094)(2014年10月25日收到;2015年1月17日收到修改稿)在神光III原型装置上利用8路6400J/1ns激光注入1100m1850m的黑腔内产生约200eV的高温辐射场均匀辐照填充氘氘燃料的靶丸实现内

2、爆.实验中,保持靶丸的内径一致,通过改变靶丸烧蚀层厚度的方式实现不同收缩比的内爆.通过闪烁体探测器、分幅相机等多套诊断设备获取了中子产额、X光bang-time(聚变反应产生X光时刻)、飞行轨迹、热斑形状等关键内爆参数.结合一维数值模拟表明:对于小收缩比内爆,受到非一维因素的影响小,其YOC1D(实验测量中子产额与干净一维数值模拟计算结果之比)可以达到34%;对于中等收缩比内爆,受到非一维因素的影响显著,其YOC1D仅仅为2.3%.关键词:惯性约束聚变,收缩比,内爆对称性PACS:52.57.–z,52.57.Bc,52.57.fgDOI:10.7498/aps.64.1

3、25203件下仍然保持内爆处于准一维的状态.从实验物理1引言的角度出发,建立表征内爆性能随着收缩比的增加逐渐偏离理想一维内爆的实验方法是至关重要的.惯性约束聚变是当前人类获取清洁能源的两传统的控制收缩比的方法是向靶丸样品内部大重要途径之一.惯性约束聚变的基本物理过程是填充不同气压的氘氘气体,但在氘氘气压较大的情利用强辐射源均匀内爆压缩填充聚变材料的靶丸,况(大于30atm,1atm=101325Pa)下,氘氘气体形成高温、高密度、高压的点火热斑,发生聚变反应,容易泄漏,需要在靶丸的气体层与碳氢烧蚀层之间并完成自持燃烧,最终实现能量增益[13].美国国添加一层约3m的玻

4、璃作为阻气层.国内近几年家点火装置(NIF)从2009年开始到2012年结束的基于该设计在神光II、神光III原型装置上开展了国家点火攻关战役未能如期实现点火,其主要原多种内爆物理实验研究[1315].实验中由于玻璃层因在于内爆压缩过程中由于高收缩比(靶丸初始外的存在导致混合因素的影响加剧,物理过程更加复半径与最终热核半径之比)带来的非一维因素(主杂,不利于实验分析和物理理解.另外,还可以通要分为对称性[4;5]和混合[6;7])影响远远高于预期,过激光的脉冲整形来进行收缩比的控制,但是该技导致内爆性能极差(YOC1D仅仅1%,其中YOC1D术需要在多光束、长脉冲的激光

5、条件下才能应用,是评价内爆性能的关键指标,其定义为实验测量目前国内尚不具备该能力.的中子产额与干净一维数值模拟计算中子产额之本文采用氘氘气体层结合纯碳氢烧蚀层的靶比)[811].同时,NIF近两年开展了高脚脉冲内爆设计,填充的氘氘气压以及靶丸内径保持不变,通实验,在较低的收缩比条件下YOC1D达到70%,接过改变碳氢层的厚度来控制内爆收缩比,从而建立近理想的实验结果[12].因此,惯性约束聚变能否实不同收缩比条件下的内爆性能实验研究方法;利用现能量增益的目标,其关键因素是如何在高收缩条一维流体力学数值模拟获得不同烧蚀层厚度下靶†通信作者.E-mail:yb1190@so

6、hu.com©2015中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn125203-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.64,No.12(2015)125203丸内爆收缩比以及中子产额变化规律,选择其中从图1可以看到:在烧蚀层非常薄的条件两个典型的具有比对性的烧蚀层厚度开展实验研(∆CH<14m)下,中子来源于聚心冲击波.在该究.实验中通过塑料闪烁体探测器、分幅相机等多过程中,烧蚀层过薄会导致激光产生的辐射场提前套诊断设备获取了中子产额、X光bang-time(聚变烧穿烧蚀层,激光能量利用效率降低,因此,中

7、子产反应产生X光时刻)、飞行轨迹、热斑形状等关键参额随着烧蚀层厚度增加而快速提升;在烧蚀层比较数.同时基于打靶后数值模拟(post-simulation)方薄的条件(14m<∆CH<18m)下,随着烧蚀层法对实验结果进行了分析.实验结果表明,对于小变厚,冲击波强度会略微降低,导致聚心冲击波产收缩比内爆靶,其受到内爆非一维因素的影响小,生的氘氘离子温度略微降低,从而中子产额下降,YOC1D达到34%;对于中等收缩比内爆靶,其收缩同时在该过程中剩余烧蚀层(非常薄)的存在会产比增加,受到内爆非一维因素的影响显著,中子产生惯性压缩