Collisionless shock acceleration in the corona of an inertial confinement fusion pellet with possible application to ion fast ignition
采用二维Particle-In-Cell模拟方法研究了惯性约束聚变弹丸压缩核芯周围电晕等离子体中的无碰撞激波加速。我们表明，强激光脉冲与长尺度等离子体电晕相互作用能够在临界密度附近发射无碰撞冲击。该非线性波通过等离子体反射并加速背景离子而向上传播。我们的研究结果表明，质子的特性适合于离子快点火可以通过这种方式实现。
2020-11-02 physics.plasm-ph
Fast ignition of inertial fusion targets by laser-driven carbon beams
对离子束驱动的快速点火进行了二维数值模拟。计算了具有麦克斯韦能谱的质子和具有准单能分布和麦克斯韦能分布的碳离子的点火能量。本文研究了三种不同密度分布的氘氚压缩核周围日冕等离子体的影响。结果表明，准单能离子与压缩的氘氚原子有较好的耦合，点火能量明显较低。准单能碳离子和相对论电子作为点火器光束的比较显示出类似的激光能量要求，只要可以实现大约10%的激光到准单能碳离子的转换效率。
2009-10-08 physics.plasm-ph
Ion beam requirements for fast ignition of inertial fusion targets
通过数值模拟研究了快速点火对离子束的要求，并考虑了离子束发散角等新的影响。我们假设，离子产生的TNSA计划在一个弯曲的箔内放置一个凹锥和集中在锥顶或超越。从聚焦点到压缩芯，离子以给定的发散角传播。得到了质子束和碳离子束加热两种压缩燃料构型的点火能量。分析了点火能量与束发散角和离子束聚焦点位置的关系。TNSA和准单能离子之间的比较也被示出。
2015-01-15 physics.plasm-ph
Role of self-generated magnetic fields in the inertial fusion ignition threshold
在惯性约束聚变内爆过程中，在热点不对称性周围的不稳定界面处，磁场自发增长。虽然难以测量，理论上的考虑和数值模拟预测，在目前的国家点火设施实验的场强超过5kT。电子的磁约束约束则使热点热损失减少> 5%。我们证明了这一点，通过磁后处理的二维xdos流体动力学模拟数据在爆炸时间。然后，我们推导出一个模型的自磁化，发现它与停滞温度的平方和面密度成反比。然后，自磁化劳森分析给出了略微降低的点火阈值。与时间相关的热点能量平衡模型证实了这一发现，与磁场四倍的融合产量近阈值参数。包含磁化多维流体不稳定性可能会进一步改变点火阈值，并将成为未来工作的主题。
2022-03-15 physics.plasm-ph
Three-dimensional fast electron transport for ignition-scale inertial fusion capsules
采用三维混合粒子模拟方法研究了全尺寸快点火结构中电子能量的输运和沉积。当注入少量GA、PW束流时，在点火附近出现多束芯加热现象。电晕中的电阻性束流产生穿透核心的3D电流图案。欧姆加热在低密度日冕中很重要，而经典的库仑沉积加热核心。在此，在高于200 g/cc的密度下观察到最高的能量密度（在10 keV下几Tbar）。能量耦合到核心的范围从20%到30%，它是增强的光束准直和降低时，提高束粒子能量从1.5到5.5兆电子伏。
2006-11-11 physics.plasm-ph
A new ignition scheme using hybrid indirect-direct drive for inertial confinement fusion
提出了一种新的惯性约束聚变间接-直接驱动混合点火方案：首先用间接驱动x射线对称压缩封闭在黑腔中的低温密封舱，然后用直接驱动激光和x射线加速并点火。一个稳定的高密度平台之间新形成的辐射和电子烧蚀前沿抑制在辐射烧蚀前沿的稀疏，大大提高了驱动压力。同时，在燃料/热点界面处的多次激波反射在密封舱减速期间被防止。从而实现快速点火和燃烧。与传统的间接驱动相比，混合驱动以更高的速度（$\sim4.3\times10^7$ cm/s）和低得多的收敛比（$\sim$ 25）使密封舱内爆，并且流体动力学不稳定性的增长显著减少，特别是在燃料/热点界面处。
2013-03-06 physics.plasm-ph
Inflationary stimulated Raman scattering in shock-ignition plasmas
在激波点火惯性约束聚变方案中，高强度激光通过不均匀的日冕等离子体传播，驱动设计用于引起燃料点火的激波。在高强度点火激光脉冲作用下，长尺度日冕等离子体中的SRS后向散射很可能处于动力学状态。在这项工作中，我们使用一维粒子模拟细胞显示，有一个非线性的动力学效应引起的频移，导致受激拉曼散射（SRS）在非均匀等离子体的增长远远超过流体理论的预测，所谓的膨胀SRS或iSRS。我们发现，iSRS发生在一个广泛的密度标度长度相关的冲击点火和其他直接驱动的惯性约束聚变计划。冲击点火等离子体中iSRS的存在对冲击点火惯性约束聚变的理论收益具有影响。在这里，我们量化的强度阈值为冲击点火相关参数的iSRS的发病。
2020-11-24 physics.plasm-ph
Burn regimes in the hydrodynamic scaling of perturbed inertial confinement fusion hotspots
我们提出了模拟点火和燃烧的基础上的Highfoot和高密度碳间接驱动设计的国家点火设施的三个制度的α加热自加热，强大的点火和传播燃烧探索热点功率平衡，扰动和流体动力学缩放。为这项工作开发了一个Monte-Carlo Particle-in-Cell带电粒子输运包，用于辐射-磁流体动力学代码Chimera。热点之间的α-加热，电子热传导和辐射的功率平衡进行了研究，在1D的每个政权，和扰动的影响，这种功率平衡的探索，在3D中使用一个单一的瑞利-泰勒尖峰。由于温度梯度更陡以及冷的致密材料与主熔合区的接近度增加，从热传导和α加热流入尖峰的热流增加了$\sim2-3\times$。辐射贡献在很大程度上保持不受影响。流体动力学缩放胶囊大小和激光能量的两个扰动的情况下（短波长多模和低模式辐射不对称性）进行了探讨，在3D中，展示了不同的流体动力学演化的三个α加热制度。多模产量随着比例因子增加得更快，这是由于更同步的$PdV$压缩产生更高的温度和密度，因此产生更强的自举。对流体动力学演化的影响更清楚的α加热制度，包括：减少扰动增长由于烧蚀从火抛光和更强的热传导;更尖锐的温度和密度梯度;和增加热点压力，进一步压缩壳，增加热点的大小，并引起更快的再膨胀。更快地膨胀到弱约束的区域对于更强的α-加热制度更突出，并且可能导致约束的损失。
2019-02-15 physics.plasm-ph
Improving hot-spot pressure for ignition in high-adiabat Inertial Confinement Fusion implosion
提出了一种用于提高惯性约束聚变内爆热点压力的新型胶囊靶设计方案。这个设计是基于我们的理论发现的停滞标度律，这表明，热点压力可以通过增加动能密度$ρ_d V_{imp}^2/2$（$ρ_d$是壳密度时，达到最大壳速度，$V_{imp}$是内爆速度。）的shell。提出的设计使用高密度推杆来提高壳体密度$ρ_d$，从而改善热点压力。结果表明，该设计在短脉冲双激波作用下，即使在高爆轰下，热点压力也能达到点火要求。该设计有望同时克服实现点火的两个主要障碍--烧蚀不稳定性和激光等离子体不稳定性。
2017-02-18 physics.plasm-ph
Effects of alpha stopping power modelling on the ignition threshold in a directly-driven Inertial Confinement Fusion capsule
α粒子能量沉积机制改变了氘氚热核聚变反应的点火条件，是实现惯性约束聚变内爆高增益的关键。本文用Multi-IFE [R. Ramis和J. Meyer-ter-Vehn，Comp.Phys.Comm.203，226（2016）]，以模拟由激光束直接照射的胶囊的内爆。α能量沉积的扩散近似已被用来优化对应于不同的内爆速度的三个激光轮廓。在Multi-IFE中已经包括了Monte-Carlo包来计算α能量传输，并且在这种情况下，能量沉积使用LP [C.K. Li和R. D. Petrasso，Phys. Rev. Lett. 70，3059（1993）]和BPS [L.S.布朗，D.L. Preston和R.L.小辛格尔顿，410，237（2005）]停止功率模型。保持恒定内爆速度的位似变换已被用来绘制边缘点火和高增益配置之间的过渡区。由两个模型提供的结果进行了比较，发现-接近点火阈值-为了产生相同的聚变能量，与BPS模型进行的计算需要约10%以上的投资能量相对于LP模型。
2017-02-24 physics.plasm-ph
Foam Au driven by 4$ω$ - 2$ω$ ignition laser pulse for inertial confinement fusion
绿光（2 $ω$）具有以比蓝光（3 $ω$）显著更多的能量驱动用于激光聚变的点火靶的潜力，并且对于最终光学组件中的光学部件具有相对较高的损伤阈值，但是与3 $ω$相比，绿光具有相对低的激光到X射线转换效率和硬X射线光谱的问题。在本文中，我们建议通过在预脉冲处采用4个$ω$激光，在主脉冲处采用2个$ω$激光（称为4个$ω$ - 2个$ω$点火脉冲），用点火激光脉冲驱动泡沫空腔壁。这种新颖的设计具有以下优点：（1）在主脉冲期间受益于其相对高的能量输出和低损伤阈值的2 $ω$，（2）在再发射中受益于其相对高的激光到X射线转换效率和相对低的M带分数的泡沫，（3）在预脉冲期间受益于其低LPI的4 $ω$。从我们的利用Au材料的1D模拟，与由具有相同脉冲形状的3 $ω$驱动的固体靶相比，由4个$ω$ - 2个$ω$脉冲驱动的泡沫中的激光到X射线转换具有$28\%$的增加。泡沫的相对薄的光学深度是泡沫靶内激光到X射线转换效率增加的主要原因之一。
2017-04-01 physics.plasm-ph
Long-Pulse Fast Ignition in MagLIF
Princeton University（普林斯顿大学）
MagLIF通过其几何结构和磁场缓解了快速点火的工程限制，提高了其在惯性约束聚变中的可行性。
2026-02-13 physics.plasm-ph
A new ignition hohlraum design for indirect-drive inertial confinement fusion
本文提出了一种六圆柱孔的黑腔结构，用于在密封舱上提供高对称性的通量。它的设计目的是在间接驱动惯性约束聚变中点燃半径为1.2毫米的密封舱。采用三维视角因子法和激光能量平衡法计算了黑腔中的通量对称性和激光能量。基于二维辐射流体动力学模拟，分析了等离子体条件。在适当的靶参数下，当激光入射孔和光斑的影响相互抵消时，六圆柱孔黑腔中不存在Ylm（l<=4）不对称性。当激光能量为2.3MJ，峰值功率为500TW时，可获得300eV的辐射驱动，并具有良好的通量对称性。模拟结果表明，与国家点火装置（NIF）黑腔外锥的情况相似，激光锥壁的电子温度较高，电子密度较低。激光强度也与NIF外锥一样低。因此，由于激光等离子体相互作用（LPI）的后向散射被认为是可以忽略的。在激光能量可接受的条件下，六端口圆柱形黑腔与传统的圆柱形和八面体黑腔相比，具有更高的对称性和更低的后向散射。据认为，黑腔将增加ICF方法的多样性。
2016-06-02 physics.plasm-ph
Spherical compression of an applied magnetic field in inertial confinement fusion
University of Delaware（特拉华大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过球形压缩磁场增强聚变产率，提出分析模型展示压缩磁场拓扑结构，并发现镜场抑制效果最强，轴向场次之。
2026-03-09 physics.plasm-ph
Theory of Fast Electron Transport for Fast Ignition
快速点火惯性约束聚变是惯性聚变的一种变体，其中DT燃料首先被压缩到高密度，然后被快速（< 20 ps）超强激光脉冲产生的相对论电子束点燃，该脉冲通常通过包含重入锥体进入稠密等离子体。该束从锥顶到致密燃料的传输是该方案的关键部分，因为它可以强烈影响整体能量学。本文综述了快速点火背景下快速电子输运的理论和数值模拟研究进展。基本等离子体物理的重要方面，所使用的数值方法的描述，点火规模的模拟审查，并调查计划控制快速电子的传播。在这一领域已经取得了相当大的进展，但发展一个强大的，高增益FI“点设计”仍然是一个持续的挑战。
2013-04-03 physics.plasm-ph
On the change in Inertial Confinement Fusion Implosions upon using an ab initio multiphase DT equation of state
改进氘-氚（DT）的状态方程（EoS）的描述最近已经显示出显著改变惯性约束聚变（ICF）靶的增益（Hu等人，PRL 104，235003（2010））。在这里，我们使用先进的多相状态方程（EoS），从头计算的基础上，从19 K开始在DT冰中进行流体动力学模拟的激光脉冲形状的全面优化。热核增益被证明是一个强大的估计超过可能的不确定性的EOS。两种不同的目标设计进行了讨论，冲击点火和自燃。在第一种情况下，通过稍微增加激光能量，可以恢复面密度和热核能量。在第二种情况下，需要一个较低的飞行时间，导致显着的延迟（3 ns）的冲击定时的内爆。
2011-05-27 physics.plasm-ph
Design of a High-Resolution Rayleigh-Taylor Experiment with the Crystal Backlighter Imager on the National Ignition Facility
瑞利-泰勒（RT）不稳定性影响了大范围的高能量密度（HED）长度尺度，从超新星爆炸（10 $^{13}$ m）到惯性约束聚变（10 $^{-6}$ m）。在惯性约束聚变中，RT不稳定性会引起混合或湍流转捩，从而冷却热点并阻碍点火。RT不稳定性的精细尺度特征在HED物理学中难以成像，这可能有助于确定系统是混合还是过渡到湍流。早期的诊断缺乏诊断沿RT结构发生的动态所需的空间和时间分辨率。最近开发的诊断，晶体背光成像仪（CBI），\cite{Hall:2019, DoZonePlate}现在可以产生一个X射线照片，能够解决这些RT不稳定系统中预期的精细尺度特征。本文介绍了一个实验设计，适应一个良好的特点国家点火设施（NIF）平台，以适应CBI诊断。与以前的诊断相比，模拟和合成射线照片突出了CBI的分辨率能力。系统分辨率的提高为研究HED区RT不稳定性参与混合和向湍流转变提供了新的观测资料。
2021-11-30 physics.plasm-ph
An advanced three-axis elliptical hohlraum for indirectly driven inertial confinement fusion
传统圆柱形黑腔结构中的辐射对称性和激光等离子体不稳定性是间接驱动惯性约束聚变点火方法面临的两大难题。近年来，人们提出了近真空圆柱形黑腔（NVCH）、八面体球形黑腔（SH）和新型三轴圆柱形黑腔（TACH）来解决这些问题。而耦合效率可能仍然是一个关键的风险。本文提出了一种改进的三轴椭圆形黑腔（TAEH），以使这些黑腔性能之间的折衷。初步模拟表明，TAEH（外壳与胶囊比，CCR=2.8）可以在高脚驱动的整个激光脉冲期间提供出色的辐射对称性，与SH（CCR=5.1）和TACH（CCR=2.2）内部的辐射对称性相当。等离子体填充时间介于SH和TACH之间，约为NIC点火黑腔Rev 5-CH中的1.5倍，与NVCH（CCR=3.4）中的填充时间相近。特别地，耦合效率分别比NVCH、SH和TACH内部的耦合效率高约22%、29%和17%。可以预见，建议的黑腔结构值得考虑作为一种替代路线，间接驱动点火，补充传统的圆柱形黑腔和最近提出的新的黑腔。
2017-03-05 physics.plasm-ph
Burn Propagation in Magnetized High-Yield Inertial Fusion
本研究通过Chimera程序的磁流体动力学模拟，探究预加磁场对惯性约束聚变点火与燃烧传播的影响，识别出三种磁化燃烧传播机制，发现磁场会导致燃烧各向异性并改变内爆动力学，为高增益磁化靶设计优化提供依据。
2024-10-02 physics.plasm-ph
A joint diffusion approach to multi-modal inference in inertial confinement fusion
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出JointDiff方法，通过联合扩散统一正向建模、逆向推断和输出填补，提升惯性约束聚变实验的多模态推断精度与可转移性。
2026-02-04 physics.plasm-ph
Bayesian Analysis of Inertial Confinement Fusion Experiments at the National Ignition Facility
我们开发了一个贝叶斯推断方法，允许有效地确定几个有趣的参数，从复杂的高能量密度实验上进行的国家点火装置（NIF）。该模型是基于探索的相空间，使用流体动力学代码HYPENDIX。线性模型用于描述干扰参数对分析的影响，允许推导出分析可能性，该分析可能性可以从少量HYDROGEN运行中确定，然后用于现有的高级统计分析方法。这种方法被应用到最近的实验，以确定碳不透明度和X射线驱动器，它被发现，包括先前的专家知识和波动胶囊尺寸和化学成分显着提高实验和理论不透明度计算之间的协议。一个参数化的HYDRONIC结果被用来测试应用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）和遗传算法（GA）技术，探索后验。这些方法具有明显的优势，我们表明，这两种方法都可以允许高能量密度实验的有效分析。
2012-07-02 physics.data-an physics.plasm-ph stat.AP
Code O-SUKI: Simulation of Direct-Drive Fuel Target Implosion in Heavy Ion Inertial Fusion
O-SUKI程序是一个完整的二维模拟程序系统，用于模拟重离子束惯性约束聚变中直接驱动核聚变芯块的燃料内爆、点火和燃烧过程。O-SUKI代码由OK 3的HIB照明和能量沉积程序的四个程序组成（COMPUT.物理通信181，1332（2010））、拉格朗日流体内爆程序、数据转换程序和欧拉流体内爆、点火和燃烧程序。OK 3计算对球形燃料目标的多个HIBs辐照。在0 K3中，一个HIB被划分成许多子波束。每个重离子子束根据粒子能量沿着轨迹在沉积层中沉积其能量。OK 3还具有HIB轴振荡的摆动运动的功能，并且在燃料目标的能量吸收器内部获得HIB能量沉积空间细节轮廓。球靶内爆二维行为的计算与OK 3耦合的二维拉格朗日流体程序，直到燃料内爆的空隙关闭时间之前。然后将拉格朗日内爆程序得到的数据转换为欧拉内爆程序得到的数据。聚变氘（D）-氚（T）燃料和向内运动的重氚物质在停滞阶段发生严重的内爆和变形。欧拉流体程序适合于模拟聚变燃料的压缩、点火和燃烧过程。代码O-SUKI 2D模拟系统提供了计算和研究HIF目标内爆动力学的能力。
2018-12-18 physics.plasm-ph
Charged Particle Stopping Power Effects on Ignition: Some Results from an Exact Calculation
Brown、Preston和Singleton（BPS）最近对带电粒子阻止能进行了完全严格的第一性原理计算。这种计算是精确的领导和次领导秩序的等离子体数密度，包括两体量子散射的精确处理。因此，BPS计算是非常准确的等离子体制度期间实现的点火和燃烧的惯性约束聚变胶囊。对于氘-氚聚变，3.5 MeV的α粒子范围往往比文献中大多数模型预测的要长20-30%，并且沉积到离子中的能量往往更小。初步的数值模拟表明，这增加了实现点火所需的ρ-R。
2008-02-21 physics.plasm-ph
Infuence of mass ablation on ignition and burn propagation in layered fusion capsules
经过几十年的研究，最近的激光驱动惯性聚变实验表明，使用带有低温燃料层的胶囊设计实现热核点火的进展迅速。这些分层胶囊的点火物理学涉及动态形成的热点和周围致密燃料之间的复杂相互作用。使用分析理论和数值模拟，我们证明了进入热点的质量烧蚀率敏感地取决于致密燃料的温度，导致烧蚀流入比以前的估计快约4倍。这产生进入热点的焓通量，其在控制热点温度、点火阈值和随后的燃烧传播中起关键作用。质量烧蚀对点火阈值的净影响由取决于致密燃料温度的无量纲参数调节。因此，点火阈值对任何加热致密燃料的机制都很敏感，例如从热点发射的中子或辐射。这些预测证实了使用辐射流体动力学模拟一系列胶囊点火条件附近。这种分析可能与理解最近实验的可变性能和指导新的胶囊设计朝向更高的聚变产额有关。
2023-01-03 physics.plasm-ph
Ways towards pure deuterium inertial confinement fusion through the attainment of gigavolt potentials
通过抑制悬浮在螺旋泰勒流中的高电荷导体的阶梯先导击穿来获得高的电势，为通过惯性约束点燃热核反应提供了更大数量级的驱动能量的可能性。在达到千兆伏的电势时，1016瓦、GeV的强离子束成为可能。加上它们强大的自身磁场，这些光束应该足够强大，可以将热核微爆炸发射到纯氘中，并被这些光束压缩和点燃。在高增益激光聚变中，微爆产生的质子闪光很可能会破坏光学激光点火装置，但如何避免这种危险却没有说明。可能达到的千兆伏电压可能使激光聚变过时。
2008-08-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Favorable Collisional Demixing of Ash and Fuel in Magnetized Inertial Fusion
磁化惯性聚变实验正在接近径向传输由磁化离子之间的碰撞主导的制度，这为利用通常与稳态磁聚变相关的效应提供了机会。特别是，磁化线性惯性聚变的低密度热点特性导致抗磁摩擦和热摩擦，这可以将热化灰与燃料分离，加速聚变反应。对于其中存在燃料的实质燃耗的反应堆制度，聚变能量产额增加约5%是可能的。
2018-09-18 physics.plasm-ph
Fokker Planck kinetic modeling of suprathermal alpha-particles in a fusion plasma
本文提出了一个描述惯性聚变靶氘氚燃料点火和燃烧的离子动力学模型。底层的物理模型的分析，使我们能够开发有效的数值方法来模拟聚变反应产物（α粒子）在动力学水平的创建，运输和碰撞弛豫。一个两个能量尺度的方法导致一个自洽的模型之间的耦合超热α粒子和热散装的内爆等离子体。这种方法提供了一个精确的数值处理的能量沉积和传输过程涉及超热粒子。这里提出的数值工具对已知的分析结果进行了验证。这使我们能够研究离子动力学效应对惯性约束聚变点火和热核燃烧物理的潜在作用。
2014-02-22 physics.plasm-ph
Characterization of foam-filled hohlraums for inertial fusion experiments
本文研究惯性聚变实验中泡沫填充黑腔的特性，发现低密度SiO2泡沫能有效抑制黑腔壁运动，且激光背向散射水平与气体填充相当。
2024-06-05 physics.plasm-ph
Large-Angle Collisions in Burning Plasmas of Inertial Confinement Fusions
本研究通过纳入新大角度碰撞模型的 hybrid-particle-in-cell 模拟，解释 NIF 燃烧等离子体中的超热 DT 离子现象，并量化其对点火时刻、热点膨胀及中子谱矩的影响。
2024-08-04 physics.plasm-ph
Possible Energy Gain for a Plasma Liner-Driven Magneto-Inertial Fusion Concept
磁惯性聚变（MIF）概念的一维参数研究表明，显着的增益可能是可以实现的。这个概念使用了一个动态形成的等离子体壳，具有向内的动量来驱动磁化燃料点火，这反过来又部分燃烧了中间层的非磁化燃料。这个概念被称为等离子射流MIF或PJMIF。自适应网格细化（AMR）欧拉代码（Crestone）的结果进行了比较的拉格朗日代码（LASNEX）。这是首次发表的结果使用Crestone和LASNEX代码的PJMIF概念。
2014-05-13 physics.plasm-ph
Amplifier scheme: driven by indirect-drive under 10 MJ laser toward inertial fusion energy
针对ICF燃烧效率低的问题，提出一种通过两次级联爆炸提高燃烧效率的amplifier方案，在10 MJ激光间接驱动下实现48%燃烧效率和33增益，降低了对点火条件的要求。
2024-12-24 physics.plasm-ph
Code O-SUKI-N 3D: Upgraded Direct-Drive Fuel Target 3D Implosion Code in Heavy Ion Inertial Fusion
Code O-SUKI-N 3D是2D Code O-SUKI（Comput.物理通信240，83（2019））。O-SUKI-N 3D程序是一个完整的重离子束惯性约束聚变（HIF）直接驱动核聚变芯块燃料内爆、点火和燃烧的三维模拟程序系统，由拉格朗日流体内爆程序、数据转换程序和欧拉流体内爆、点火和燃烧程序3个程序组成。Code O-SUKI-N 3D还可以与OK 3的HIB照明和能量沉积程序（COMPUT.物理通信181，1332（2010））。利用三维拉格朗日流体程序计算了球形靶内爆的三维行为，直到燃料内爆的空洞闭合之前。然后将拉格朗日内爆程序得到的数据转换为三维欧拉程序得到的数据。在三维Euler程序中，计算了DT燃料在滞止、点火和燃烧时的压缩。代码O-SUKI-N三维模拟系统提供了计算和研究HIF目标内爆动力学的能力。
2021-04-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Amplifier scheme: driven by direct-drive under 10 MJ laser toward inertial fusion energy
本文提出一种可在10 MJ激光驱动器上实现的直接驱动放大器方案，通过二次内爆延长燃烧阶段并产生额外增益，在低收敛比下放宽热点与工程限制，为清洁聚变能源靶设计提供新路径。
2024-12-24 physics.plasm-ph
Pump-Depletion Dynamics and Saturation of Stimulated Brillouin Scattering in Shock Ignition Relevant Experiments
作为一种可替代的惯性约束聚变方案，冲击点火具有预期的高能量增益和更鲁棒的设计，需要由在末端具有高强度尖峰的成形脉冲驱动的强会聚冲击来点燃预压缩的聚变舱。了解冲击波点火条件下的非线性激光等离子体不稳定性对评估和改善激光冲击波能量耦合至关重要。最近在OMEGA-EP激光设备上进行的实验首次证明，这种不稳定性可以使高强度激光泵浦的前0.5 ns耗尽$\sim$ 100\%。对所观察到的激光产生的冲击波的分析表明，这种泵浦耗尽开始于0.01- 0.02临界密度，并发展到0.1- 0.2临界密度。这种泵浦损耗也被时间分辨的受激拉曼背散射光谱所证实。抽运损耗的动力学可以用受激布里渊散射中离子声波的破碎来解释。这种强泵浦耗尽将抑制碰撞激光能量吸收，但可能有利于产生具有用于电子冲击点火的中等温度的热电子[Shang等人，Phys. Rev. Lett. 119 195001（2017）]。
2019-08-30 physics.plasm-ph
Imposed Magnetic Field and Hot Electron Propagation in Inertial Fusion Hohlraums
研究了外加轴向磁场$B_{z0}$对惯性约束聚变（ICF）间接驱动黑腔中流体力学和高能电子的影响。我们目前的模拟从辐射流体动力学代码HYDRONIC的低点火设计的国家点火装置（NIF），有和没有$B_{z0}=70$特斯拉。场的主要流体动力学效应是显著减少垂直于场的电子热传导。这导致在密封舱和黑腔壁之间的赤道上的等离子体更热，密度更小。内部激光束在到达壁之前经历较少的逆韧致辐射吸收。因此，在外加磁场的情况下，来自赤道的X射线驱动更强。我们研究超热，或“热”，电子动力学与粒子在细胞的代码ZUMA，使用等离子体条件从HYDROGEN。在早期激光尖峰期间，基于激光入口孔中的双等离子体的热电子衰变（Regan等人，等离子体2010）通过70 T场被引导到胶囊。氘氚（DT）燃料中的能量沉积量增加了12倍。对于峰值激光功率早期的等离子体条件，我们提出了单能量的测试案例研究与ZUMA，以及基于内光束受激拉曼散射的来源。场对DT沉积的影响在很大程度上取决于源位置，即热电子是否在连接到胶囊的场线上产生。
2015-10-08 physics.plasm-ph
Enhancement to Fusion Reactivity in Sheared Flows
本文研究剪切流对聚变反应性的增强效应，指出在非磁化等离子体中流动梯度与离子平均自由程相当时反应性可提高一倍以上，并阐明其对惯性约束聚变和快点火中能量节省与更小热斑点火的贡献。
2025-06-03 physics.plasm-ph
Kinetic simulations of fusion ignition with hot-spot ablator mix
当来自密封舱烧蚀剂的碳混合到热点中时，惯性约束聚变燃料遭受增加的X射线辐射损失。在这里，我们提出了一个和两个维度的离子伏拉索夫-福克-普朗克模拟解决热点自加热的存在下，一个本地化的尖峰碳混合物，共1.9%的热点质量。混合区在几十皮秒内冷却和收缩，增加了它的α粒子阻止能力和辐射损失。这使得局部混合区域比等量均匀分布的混合更严重。还有一个纯粹的动力学效应，使聚变反应性降低了几个百分点，因为分布尾部的更快离子被混合区吸收。辐射冷却和尖峰的收缩引起流体运动，导致中子谱展宽。这人为地增加了推断的实验离子温度，并给出了视线变化。
2019-08-15 physics.plasm-ph
Ion kinetic effects on the ignition and burn of ICF targets
本文在离子动力学水平上研究了惯性约束聚变芯块中热核燃料的流体力学和燃烧。分析是基于一个双速度尺度的弗拉索夫-福克-普朗克动力学模型，该模型是专门为处理聚变产物（超热α粒子）在一个自洽的方式与热体。该模型假定位形空间为球对称，速度空间为轴对称。与采用多群扩散方案模拟α输运的流体模拟相比，全离子动力学方法揭示了高能$α$ -粒子输运的显著非局域效应。这对燃烧过程中的流体动力学空间分布有直接影响：热点反应性降低，而内部致密燃料层被逃逸的α-超热粒子预热，这些粒子被输送到热点之外。我们展示了融合产物的动力学运输增强如何导致融合产率的显着降低。
2014-09-08 physics.plasm-ph
Self-similar structure and experimental signatures of suprathermal ion distribution in inertial confinement fusion implosions
在与惯性约束聚变热点有关的条件下，超热离子的分布函数具有自相似性。通过利用这一特点，流体不稳定性和动力学效应之间的干扰是第一次定量评估，发现不稳定性大大加剧了聚变反应性降低。离子尾耗尽也被证明可以降低实验推断的离子温度，一种新的动力学效应，可以解释爆炸推实验和rad-hydro模拟之间的差异，并有助于观察到从DD反应产物推断的温度低于DT在国家点火装置。
2015-08-10 physics.plasm-ph
Affordable, manageable, practical, and scalable (AMPS) high-yield and high-gain inertial fusion
针对高产额惯性聚变需高效低成本输能的需求，提出脉冲驱动IFE方案，详述其物理基础并聚焦MagLIF，通过模拟及DS系统设计，以低资本成本实现高增益，为商业发电厂提供实用路线。
2025-04-14 physics.plasm-ph
Radiation dominated implosion with nano-plasmonics
惯性约束聚变是未来为人类提供大量、清洁和负担得起的能源的一种有前途的选择。高能激光束对靶燃料进行强烈压缩时产生的流体动力学不稳定性阻碍了目前的研究和发展。最近的一项专利结合了两个领域的进展：相对论流体动力学中的爆炸和等离子体纳米壳的辐射能量沉积。目标颗粒的压缩可以是适度的，并且通过激光脉冲实现快速体积点火，其与光穿过颗粒的穿透时间一样短。目标的反射率可以忽略不计，并且吸收率可以通过嵌入目标燃料中的等离子体纳米壳增加一个或两个数量级。因此，在适度压缩的情况下可以实现更高的点火温度。短的光脉冲可以加热目标，使得内部的大部分将同时达到点火温度。这使得任何类型的不稳定性的发展都是不可能的，这将阻止目标的完全点燃。
2017-10-27 physics.plasm-ph
First-principles analysis of the warm dense plasma jets in Double-Cone Ignition experiments
本文结合第一性原理与虚时关联函数方法分析双锥点火实验的X射线汤姆逊散射数据，诊断出等离子体的温度与密度，并确定金杂质比例在可接受范围内，为未来实验提供参考。
2025-04-06 physics.plasm-ph
Driver at 10 MJ and 1 shot/30min for inertial confinement fusion at high gain: efficient, compact, low-cost, low laser-plasma instabilities, beam-color selectable from 2 omega/3 omega/4 omega, applicable to multiple laser fusion schemes
针对惯性聚变能所需的高增益，提出一种10 MJ、2~3 PW、每30分钟1发、波长0.353微米的下一代激光驱动器概念设计，其高效、紧凑、低成本且低不稳定性，目标增益G>30，适用于多种激光聚变方案。
2024-05-28 hep-ex physics.plasm-ph
First measurement of the $^{10}{\rm B}(α,n)^{13}{\rm N}$ reaction in an inertial confinement fusion implosion at the National Ignition Facility: Initial steps toward the development of a radiochemistry mix diagnostic
我们报告的第一次测量的$^{10}{\rm B}(α,n)^{13}{\rm N}$反应的极性直接驱动爆炸推进器（PDXP）在国家点火设施（NIF）。这项工作的动机是需要开发替代混合诊断，放射化学是这里的重点。靶由$65/35\,\rm at.\,\%$氘-氚（DT）填充物组成，周围是大约$30\,μ\rm m$厚的铍烧蚀体。铍烧蚀体的内部掺杂有$^{10}{\rm B}$的$10\,\rm at.\,\%$。辐射流体动力学计算在一维进行，以优化剩余的硼rho-R和DT中子产额。为了研究$α$在烧蚀材料上引起的反应，研制了一种带电粒子输运后处理器。结果表明，在$^{10}{\rm B}$上由$α$诱导的反应产生大量$^{13}{\rm N}$，可通过NIF的气体样品系统的放射化学分析测量。将PDXP靶N201115-001成功置于NIF上，并测量了来自$^{10}{\rm B}(α,n)^{13}{\rm N}$反应的氮。然而，$^{13}{\rm N}$的产率以及DT中子产率均低于预期。一些减少的产量可以解释的扁圆形状，但各种放射化学信号的比例是不相称的基于一个简单的减少一维结果的预期。初步的二维辐射流体力学计算与实验测量结果一致，目前正在进行的工作，以扩大放射化学分析到更高的维度。
2022-05-17 nucl-ex nucl-th physics.plasm-ph
Convective Nature of the Stimulated Raman Side Scattering in Inertial Confinement Fusion
本文通过模拟证明，在惯性约束聚变相关条件下，受激拉曼侧向散射线性模式均为对流性而非绝对性，并提出新公式显示对流增益随束宽单调增长无饱和。
2025-03-25 physics.plasm-ph
High flux symmetry of the Spherical Hohlraum with Octahedral 6LEHs at a Golden Hohlraum-to-capsule Radius ratio
本文研究了一种用于惯性核聚变的八面体六激光入射孔球形黑腔，它与传统的圆柱形黑腔相比具有许多优点，因为它在每个入射孔处只包含一个圆锥体，可以消除光束重叠和交叉光束能量传输所引起的问题，并可以减小后向散射。特别是，我们的研究表明，在特定的黑腔与胶囊半径比，即，利用黄金分割比，可以显著降低胶囊上的通量不对称性。根据我们的研究，这种金八面体黑腔具有坚固的高对称性，低等离子体填充和低背散射。虽然金八面体黑腔产生300 eV的点火辐射脉冲需要比传统圆柱体更多的$30\%$激光能量，但由于其具有高对称性和低后向散射，因此值得推广。所提出的八面体黑腔也是灵活的，可以适用于不同的惯性聚变驱动方法。作为应用，我们设计了一个用于混合驱动的点火八面体黑腔。
2013-12-01 physics.plasm-ph
Control of energy spectra and enhancement of energy conversion of fast electrons generated by dual-color picosecond lasers
本研究通过二维粒子模拟发现，双色调皮秒激光注入方案能显著提高快电子能量转移率并提升能谱，机制涉及低密度区纵向电场调制和临界面微通道的电磁感应透明过程，可应用于快点火方案及超热电子实验设计。
2023-11-20 physics.plasm-ph
Observation and modelling of Stimulated Raman Scattering driven by an optically smoothed laser beam in experimental conditions relevant for Shock Ignition
我们报告了在TAW Vulcan激光装置上进行的一项实验的结果和模型，该实验的目的是研究在对惯性约束聚变的冲击点火方案感兴趣的条件下的激光-等离子体相互作用，即高于10^16 W/cm 2的激光强度撞击热的（T > 1 keV）、不均匀的和长尺度长度的预成型等离子体。测量结果表明，一个显着的SRS背散射（4 - 20%的激光能量）驱动在低等离子体密度和TPD/SRS驱动在四分之一临界密度区域没有签名。结果令人满意地再现的分析模型占对流SRS增长在独立的激光散斑，在反射率占主导地位的条件下，从最强烈的散斑，SRS得到饱和的贡献。分析和动力学模拟再现SRS的发病率在低等离子体密度的制度强烈影响的非线性朗道阻尼和最强烈的激光散斑的反射。在较高的密度下TPD/SRS的缺乏被解释为泵浦耗尽和由双折射驱动的等离子体平滑。在低密度分布的激光耦合的流行证明了低温测量的热电子（7 - 12千电子伏），以及再现的数值模拟。
2021-08-30 physics.plasm-ph
Laser pulse shape designer for direct-drive inertial confinement fusion
研制了一种用于直接驱动惯性约束聚变的脉冲波形设计器，其目标是在保证聚变燃料高压缩的同时，使流体力学不稳定性保持在可容忍的范围内。内爆不稳定性的快速线性分析使设计人员能够以实际的计算成本全面扫描广阔的脉冲配置空间，机器学习有助于将脉冲性能总结为促进脉冲形状演变的隐式缩放度量。设计者通过整合各种数据集来提高其可信度，包括超高精度的模拟或实验。当在双锥点火方案上进行测试时[J. Zhang等人，Phil.横河Soc. A. 378.2184（2020）]，优化的脉冲达到组装要求，显示出显著的印记减轻和绝热成形能力，并且具有在真实实验中实现更好的内爆性能的潜力。该设计器可以有效地替代传统的经验脉冲形状调整过程，减少了工作量和时间消耗。该设计器可用于快速探索新的直接驱动方案的未知参数空间，辅助设计迭代，降低实验风险。
2023-02-09 physics.plasm-ph
Large-scale Kinetic Simulations of Colliding Plasmas within a Hohlraum of Indirect Drive Inertial Confinement Fusions
本文利用高阶隐式PIC程序LAPINS大规模重现了间接驱动ICF黑腔内金等离子体与氘等离子体碰撞实验，揭示了动理学激波的形成与传播机制以及准单能氘离子经束-靶反应产生异常展宽中子的过程。
2023-09-20 physics.plasm-ph
Radiation dominated implosion with flat target
惯性约束聚变是未来为人类提供大量、清洁和负担得起的能源的一种有前途的选择。目前的研究和发展状况受到高能激光束强烈压缩靶燃料时发生的流体动力学不稳定性的阻碍。Csernai等人（2018年）最近的一项提案结合了两个领域的进展：相对论流体动力学中的爆炸和等离子体纳米壳的辐射能量沉积。可以消除或减少目标颗粒的初始压缩，而不会达到不稳定性。最后一个能量更大的激光脉冲可以实现快速的体积点火，其应该与光穿过目标的穿透时间一样短。在本研究中，我们讨论了一个平面燃料靶同时从两侧照射。在这里，我们提出了一个点火能量与较小的压缩，大大增加熵和温度的增加，而不是外部间接加热和巨大的能量损失，最大限度地内部加热的目标与最新进展的帮助下，在纳米技术。目标的反射率可以忽略不计，并且吸收率可以通过嵌入目标燃料中的等离子体纳米壳增加一个或两个数量级。因此，可以实现更高的点火温度和辐射主导的动力学。根据相对论性流体动力学的结果，在这里大部分内部将同时达到点火温度。这使得任何形式的不稳定性的发展都是不可能的，到目前为止，这阻止了目标的完全点燃。
2020-01-31 physics.plasm-ph
Bremsstrahlung constraints on proton-Boron 11 inertial fusion
针对质子-硼11惯性聚变中轫致辐射导致净功率难以实现的问题，通过含轫致辐射过程的燃烧模拟，推导得出实现科学盈亏平衡所需的驻止面密度与压力条件。
2025-11-14 physics.plasm-ph
Effect of 'wandering' and other features of energy transfer by fast electrons in a direct-drive inertial confinement fusion target
从理论上研究了激光与膨胀等离子体（电晕）相互作用产生的快电子对惯性约束聚变（ICF）靶的加热作用。结果表明，由于偏远的周边区域，在那里电子被加速，这些粒子的显着一部分，在电晕移动，并反复穿越它，由于反射在一个自洽的电场，将不会打到目标的压缩部分。利用现代快电子产生模型，它表明，在一个典型的目标设计用于火花点火，快电子的分数，可以通过其能量的压缩部分的目标是足够小的。只有12%的快电子能做到这一点，这种快电子在电晕中的“漂移”效应使快电子对靶压缩的负效应大大降低。在考虑漂移效应的情况下，建立了快电子向靶不同部位传输能量的分布规律，以及由此引起的氘氚燃料压缩率的降低。
2020-10-27 physics.plasm-ph
Contour Extraction of Inertial Confinement Fusion Images By Data Augmentation
X射线照相是惯性约束聚变（ICF）实验的主要结果之一。诸如实验数据稀缺、数据中的高噪声水平、缺乏地面实况数据以及数据分辨率低等问题限制了机器/深度学习用于射线照片自动分析的使用。在这项工作中，我们通过创建一个类似于实验射线照片的合成射线照片数据集来克服这些使用机器学习的障碍。伴随每个合成射线照片的是每个胶囊壳形状的对应轮廓，这使得神经网络能够对用于轮廓提取的合成数据进行训练并应用于实验图像。因此，我们训练卷积神经网络U-Net的实例，以使用合成数据集分割外壳胶囊的形状，并将U-Net的此实例应用于在国家点火设施拍摄的一组射线照片。我们展示了该网络提取了少量胶囊的外壳形状，作为深度学习用于ICF图像自动轮廓提取的初步演示。未来的工作可能包括从所有数据集中提取外壳，应用不同类型的神经网络，以及提取内壳轮廓。
2022-11-08 physics.plasm-ph
