بررسی پارامترهای مؤثر در بهره سوخت دوتریوم- تریتیوم در روش افروزش شوکی راه‌اندازی شده با باریکه لیزری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (نظری)

نویسندگان

1 استادیار، گروه فیزیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.

2 استادیار، دانشکده فیزیک، دانشگاه دامغان، دامغان، ایران.

3 کارشناسی ارشد، دانشکده فیزیک، دانشگاه دامغان، دامغان، ایران.

چکیده

افروزش شوکی، یکی از روش‌های موردتوجه در ایده هم‌جوشی محصورشدگی لختی است. در این روش هم‌جوشی، محصورشدگی لختی دومرحله‌ای، فشرده‌سازی و اشتعال سوخت به‌صورت جداگانه صورت می‌گیرد که این امر سبب کاهش الزامات راه‌اندازها و بالاتر بردن بهره می‌شود. در ایده اشتعال شوکی، یک موج شوکی کروی قوی همگراشونده در انتهای پالس لیزر اولیه، باعث اشتعال سوخت ازپیش فشرده‌شده می‌شود. در اشتعال شوکی، هنگامی ‌که فشار لکه داغ، بسیار بزرگ‌تر از فشار سوخت سرد اطراف آن است، ساختار سوخت به‌صورت غیرهم‌فشار در نظر گرفته می‌شود. در این پژوهش، شرایط اشتعال و بهره سوخت، در روش اشتعال شوکی بررسی شده است، سپس روابط بهره سوخت و همچنین شعاع لکه داغ در مدل ناهم‌فشار را بهبود می‌بخشد و با نتایج عددی سوخت هم‌مولار دوتریوم- تریتیوم(DT) در روش شوکی، مقایسه شده است. محاسبات نشان می‌دهد که شرایط تشکیل لکه داغ، به چگالی لکه داغ و سوخت سرد اطراف آن، بستگی دارد. همچنین با استفاده از معادله بهره انرژی بهبودیافته، نقش پارامترهای فیزیکی؛ از جمله جرم سوخت و نسبت‌های مختلف فشار لکه داغ به فشار سوخت سرد اطراف آن، در بهره انرژی بررسی شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Investigation of Effective Parameters in Deuterium-Tritium Fuel Gains in Shock Ignition Method Driven by Laser Beams

نویسندگان [English]

  • Behnaz Kaleji 1
  • Babak Khanbabaei 2
  • Misagh Kasayian 3
1 Assistant Professor, Department of Physics, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, School of Physics, Damghan University, Damghan, Iran.
3 MSc, School of Physics, Damghan University, Damghan, Iran.
چکیده [English]

Shock ignition (SI) is one of the methods considered in the concept of inertial confinement fusion (ICF). This two-step ICF process separates fuel assembly and ignition, relaxing the driver requirements and promising high gains. In SI scheme, a strong spherical shock wave converging at the end of the initial laser pulse ignites the pre-compressed fuel. In shock ignition, when the hot spot pressure is much higher than the surrounding cold fuel pressure, the fuel structure is considered non-isobaric. In this research, ignition conditions and fuel efficiency in shock ignition method were investigated. Then, the fuel efficiency correlations of total fuel energy, fuel gain and hot-spot radius in a non-isobaric model of fuel assembly were improved and compared with the numerical results of deuterium-tritium (DT) homogeneous fuel in SI scenario. Calculations showed that the hot spot formation conditions depend on the hot spot density and the surrounding cold fuel. Furthermore, using the improved energy efficiency equation, the role of physical parameters such as fuel mass and different ratios of hot spot pressure to the surrounding cold fuel pressure in energy efficiency were investigated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Inertial Confinement Fusion
  • Shock Ignition
  • Energy Gain
  • Hot-Spot

مراجع

[1] Atzeni, S., Schiavi, A., & Marocchino, A. (2011). Studies on the robustness of shock-ignited laser fusion targets. Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(3), 035010. https://doi.org/10.1088/0741-3335/53/3/035010
[2] Eliezer, S., Pinhasi, S. V., Martinez Val, J. M., Raicher, E., & Henis, Z. (2017). Heating in ultraintense laser-induced shock waves. Laser and Particle Beams, 35(2), 304-312. https://doi.org/10.1017/S0263034617000192
[3] Kawasaki, K., Hironaka, Y., Maeda, Y., Iwasaki, T., Tanaka, D., Miyanishi, K., Nagatomo, H., Fujioka, S., Ozaki, N., Kodama, R., Matsuoka, T., Batani, D., Trela, J., Nicolai, P., & Shigemori, K. (2020). The role of hot electrons on ultrahigh pressure generation relevant to shock ignition conditions. High Energy Density Physics, 37, 100892. https://doi.org/10.1016/j.hedp.2020.100892
[4] Piriz, A., Piriz, S., & Tahir, N. (2011). Dynamic stabilization of classical Rayleigh-Taylor instability. Physics of Plasmas, 18(9), 092705. https://doi.org/10.1063/1.3633487
[5] Tabak, M., Hammer, J., Glinsky, M. E., Kruer, W. L., Wilks, S. C., Woodworth, J., Campbell, E. M., Perry, M. D., & Mason, R. J. (1994). Ignition and high gain with ultrapowerful lasers. Physics of Plasmas, 1(5), 1626-1634. https://doi.org/10.1063/1.870664
[6] Payun, S., & Malekynia, B. (2019). Thermal resonance effect by a strong shock wave in D–T fuel side-on ignition by laser-driven block acceleration. Laser and Particle Beams, 37(4), 332-340. https://doi.org/10.1017/S0263034619000624
[7] Shang, W. L., Betti, R., Hu, S. X., Woo, K., Hao, L., Ren, C., Christopherson, A. R., Bose, A., & Theobald, W. (2017). Electron Shock Ignition of Inertial Fusion Targets. Physical Review Letters, 119(19), 195001. https://doi.org/10.1103/Phys RevLett.119.195001
[8] Lafon, M., Ribeyre, X., & Schurtz, G. (2010). Gain curves and hydrodynamic modeling for shock ignition. Physics of Plasmas, 17(5), 052704. https://doi.org/10.1063/1.3407623
[9] Ribeyre, X., Lafon, M., Schurtz, G., Olazabal-Loumé, M., Breil, J., Galera, S., & Weber, S. (2009). Shock ignition: modelling and target design robustness. Plasma Physics and Controlled Fusion, 51(12), 124030. https://doi.org/10.1088/0741-3335/51/12/ 124030
[10] Schmitt, A. J., Bates, J. W., Obenschain, S. P., Zalesak, S. T., & Fyfe, D. E. (2010). Shock ignition target design for inertial fusion energy. Physics of Plasmas, 17(4), 042701. https://doi.org/10.1063/1.3385443
[11] Atzeni, S., Ribeyre, X., Schurtz, G., Schmitt, A. J., Canaud, B., Betti, R., & Perkins, L. J. (2014). Shock ignition of thermonuclear fuel: principles and modelling. Nuclear Fusion, 54(5), 054008. https://doi.org/10.1088/0029-5515/54/5/054008
[12] Atzeni, S., Schiavi, A., Marocchino, A., Giannini, A., Mancini, A., & Temporal, M. (2013). Studies on shock ignition targets for inertial fusion energy. EPJ Web of Conferences, 59, 01005. https://doi.org/10.1051/epjconf/20135901005
فصلنامه علمی کارافن
دوره 18، ویژه نامه 1 - شماره پیاپی 54
عمران، هنر و معماری/ علوم پایه
شهریور 1400
صفحه 205-215

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 09 دی 1399
  • تاریخ بازنگری: 27 بهمن 1399
  • تاریخ پذیرش: 16 اسفند 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار