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核自旋极化氘氚燃料作为惯性约束聚变靶的点火

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核自旋极化氘氚燃料作为惯性约束聚变靶的点火条件穆列尔,我们已经知道氘氚核的聚变截面对于核的相互作用的自旋极化有着依赖性。热核燃料在磁约束聚变和惯性约束聚变中对控制

核自旋极化氘氚燃料作为惯性约束聚变靶的点火条件穆列尔,我们已经知道氘氚核的聚变截面对于核的相互作用的自旋极化有着依赖性。热核燃料在磁约束聚变和惯性约束聚变中对控制聚变能量有着特殊意义。核聚变反应,理论上预测最大核聚变截面可以增加。对于完全极化的核,其聚变截面是未极化的倍。

图产生能量增益大于的入射脉冲的时间线型,黑色曲线为实现能量最大增益的瞬时功率,绿色曲线为相对应的吸收能量

传统的中心热斑点火中,球型靶的体积压缩体积可以产生小中心,小密度以及高温度,此时点火发生。在这种条件下燃料为等压状态,热核燃烧波导致聚变反应自点火。数值模拟显示,如果在此后

,对于δ=1情况下可以燃烧的燃料,而当δ=1.5时,燃烧效率变为。

<σv>近似,关于燃料温度的函数曲线如图所示,其中核聚变截面为δ=1的用红色虚点线表示,δ5的用绿色虚线表示。通过图线可知在δ=1的标准核燃料情况下,最佳温度≈40keV,对应的有最小值≈7,在δ5情况下有最小值≈5。对于δ大于的情况下,为了产生同样量级的聚变反应,缩减面密度是必须的。事实上当燃料的面密度在ρR

聚变过程中核的自旋极化效应在理论上被广泛研究,但DT核极化在技术上存在着一定的挑战。目前氢氘氚的极化度可以达到,而固态燃料只有。因此燃料的极化度的提高仍然需要在技术上进一步发展。

在δ和δ的情况下,当增益大于时对应的最小功率和最小的吸收能量区分了点火区和非点火区。当燃料有包层时,点火区和非点火区的跃变出现在P≈215TW,≈290kJ,w88.com优德而δ对应的值P≈170TWand≈250kJ。图给出了δ,,1.3和时,,的不同值,其最大的增益正比于δ,最小的需要的功率和吸收能量分别正比于δδ。

图在ρ和参数空间中δ=1的点火区域和δ5的未点火区域

我们认为核聚变截面σ在核极化的情况下其最大值可以增加。首先我们考虑压缩质量的核的聚变截面的增加对点火条件的修正。对于等摩尔的燃料,聚变反应速率正比于截面在麦克斯韦速度分布条件下反应活性的平均值,和对麦克斯韦速度分布情况下等离子体的反应活性做了拟合。此曲线表明反应活性<σv>在等离子体温度为~100keV是准确的为麦克斯韦速度分布。在情况下,燃烧效率用φρR/(HρR)近似,w88.com优德其中ρR是总的燃料区域密度,H是燃烧参数,它依赖于温度和反应活性。燃烧参数可用

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