Hybrid-drive pressure suppressing implosion instabilities and offering nonstagnation hotspot ignition with low convergence ratio for high-gain inertial fusion
在激光驱动ICF中，直接驱动和间接驱动相结合的混合驱动（HD）提供了一个平滑的HD压力$P_{HD}$，远高于ID和DD中的烧蚀压力，以抑制流体动力学不稳定性。在这封信中，一个新的强大的HD点火目标的模拟表明，最大HD压力高达$P_{HD} \sim$ 650毫巴的驱动下，一种新的“推土机”效应实现，导致非停滞热点点火的收敛比$C_r \sim $ 23，最后，聚变能量增益$\sim$ 10的总激光能量= 1.42兆焦耳。二维模拟已经证实，流体动力学不稳定性被抑制。从不同靶和激光能量的模拟中发现，只要$T_r> 160$ eV，最大HD压力$P_{HD}$（Mbar）= $BE_{DD}^{1/4} T_r$的拟合尺度，其中B是取决于烧蚀材料的常数，以kJ为单位的$E_{DD}$是DD激光能量，以100 eV为单位的$T_r$是取决于ID激光能量$E_{ID}$的辐射温度。热点点火要求$P_{HD}\geq$ 450 Mbar。当$E_{DD}$降低到kJ时，也可以使用“推土机”效应的这种比例。实验证明，对于CH烧蚀体，$P_{HD}$约为3.5倍的辐射烧蚀压力，$E_{ID}=43$ kJ（$T_r \simeq$ 200 eV）和$E_{DD}$ =3.6 kJ，DD激光强度$\sim 1.8 \times 10^{15} {\rm w\cdot cm^{-2}}$的背散射分数…
2020-11-18 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
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
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
Indirect-direct hybrid-drive work-dominated hotspot ignition for inertial confinement fusion
提出了一种间接-直接混合驱动功主导的惯性约束聚变热点点火方案：在具有八面体对称性的球形黑腔中，分层燃料包首先被间接驱动软X射线（辐射）压缩，然后在最后一个脉冲持续时间内被直接驱动激光压缩。在该方案中，直接驱动激光器驱动一个增强激波和一个后续压缩波，用于远大于辐射烧蚀压力的点火，并向热点提供大的pdV功，以实现功主导点火。数值模拟表明，增强激波阻止了间接驱动激波在主燃料-热点界面的反射，从而显著抑制了流体动力学不稳定性和非对称性。基于间接驱动的内爆动力学，热点被增强激波和后续压缩波进一步压缩和加热，导致以功为主的热点点火和燃烧，最大内爆速度约为400 km/s，收敛比约为25。用1.32 MJ的激光总能量实现了15 MJ的聚变产额。
2015-03-31 physics.plasm-ph
Optimizing doping parameters of target to enhance direct-drive implosion
直接驱动是实现惯性约束聚变点火的重要途径。为了提高内爆性能，同时保持在一个低水平的流体动力学不稳定性的风险，我们设计了一个程序，以优化与中或高- $Z$原子掺杂的目标的参数。该方法可以自动模拟一维内爆，同时对内爆性能和高维不稳定性进行综合评价。为了找到最佳的掺杂参数，该过程是在全局优化算法的框架下进行的，其中我们在当前的工作中使用了粒子群优化算法。在优化过程中，混合物材料的不透明度是通过使用插值方法快速获得的，与洛斯阿拉莫斯国家实验室的在线掺杂程序TOPS的数据仅显示出微小的差异。为了测试该程序，已经对双锥点火方案中的CH烧蚀体进行了优化[Phil.横河Soc. A. 378.2184（2020）]通过掺杂Si和Cl。一维和二维的模拟表明，掺杂Si或Cl可以有效地减轻在加速阶段的不稳定性，并不会导致显着退化的峰值面密度。一维和二维模拟的结果定性匹配彼此，证明了我们的优化过程的有效性。
2022-04-20 physics.plasm-ph
The first cryogenic DT layered, beryllium capsule implosion at the National Ignition Facility
NIF的Be胶囊实验遵循了非常成功的“高脚”CH胶囊的路径。几个锁眼和ConA目标预示着DT分层射击。除了反向散射减法，还需要激光驱动倍增器来匹配观察到的X射线驱动。峰值（0.95），谷值（1.0）和第二个脉冲（0.80）由VISAR测量确定。Dante总x射线通量及其> 1.8keV的部分的时间依赖性反映了乘数的时间依赖性。主脉冲的两步驱动倍增器可以匹配内爆时间，但Dante测量表明驱动倍增器必须在较晚的时间增加。使用单组时间相关的多级乘数，Dante数据匹配良好。这些相同的第三脉冲驱动乘法器还匹配两个CH膜盒DT的内爆时间和Dante信号。计算中的一个差异是尖桩中的X射线通量。计算高估了通量> 1.8 keV的因子~100，同时正确获得了总通量。这些较硬的X射线导致Be/燃料界面在第一次冲击到来之前以2-3 km/s的速度膨胀。VISAR测量结果显示仅为0.2至0.3 km/s。DT Be胶囊上的X射线驱动进一步降低，总picket通量随机减少9%。由于第一次和第二次冲击的定时错误，这个小的变化导致密封舱燃料从1.8变为2.3。通过对计算的冲击调谐和调整，第一个NIF Be胶囊内爆达到了计算产量的29%，与CH DT胶囊的68%和21%相当。包含一个大的M1不对称DT冰层和混合不稳定增长可能有助于解释这种最终的退化。总之，当类似地驱动时，Be胶囊表现得像CH胶囊。两者的性能下降…
2017-01-31 physics.plasm-ph
The concept of isochoric central spark ignition and its fuel gain in inertial fusion
中心火花点火是惯性约束聚变（ICF）中最好的点火方法之一。中心火花点火由燃料微球的流体动力内爆形成的两个不同的区域（热区和冷区）组成。研究了惯性聚变中心火花点火方法和聚变动力装置燃料芯块设计条件，并计算了该方法中等容模型的燃料增益。给出了惯性聚变不同物理参数对燃料增益的影响，并计算了燃料密度和燃料芯块半径的优化极限。
2004-08-24 physics.plasm-ph
First bromine doped cryogenic implosion at the National Ignition Facility
本研究在国家点火装置开展首次溴掺杂低温内爆实验，利用RAGS系统和铋活化箔检测多种核反应产物，验证掺杂剂核反应诊断的可行性，发现掺杂使DT产额降为未掺杂的1/2.6。
2023-07-07 nucl-ex physics.plasm-ph
A feasibility study of using X-ray Thomson Scattering to diagnose the in-flight plasma conditions of DT cryogenic implosions
惯性约束聚变（ICF）点火靶的设计需要具有基本材料性质（即，状态方程、不透明度和电导率）。这些模型的验证需要通过实验。利用空间积分、光谱分辨、X射线汤姆逊散射（XRTS）测量方法对激光直接驱动内爆在三分之二会聚时的压缩DT壳层和热点的温度、密度和电离进行了诊断。使用LILAC代码的1-D内爆模拟生成合成散射光谱，该LILAC代码使用SPECT 3D中包含的X射线散射（XRS）模型进行后处理。对两种极端密封舱条件的分析表明，两种压缩DT壳体的等离子体条件均可解决。
2021-10-27 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
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
A New Optimization Methodology for Polar Direct Drive Illuminations at the National Ignition Facility
提出一种高效的算法方法优化NIF极区直接驱动照明配置，模拟显示可提升峰值压力超2倍、密度1.4倍，并适用于其他靶几何与设施。
2023-12-29 physics.plasm-ph
Numerical Modeling of the Sensitivity of X-Ray Driven Implosions to Low-Mode Flux Asymmetries
用数值方法研究了在国家点火装置上进行的惯性约束聚变内爆对低模通量不对称性的敏感性。结果表明，大振幅，低阶模式的形状（勒让德多项式P4），导致相关的低阶通量不对称性，胶囊和燃料动量，防止DT冰层均匀减速的热点压力的空间变化。这减少了动能向中心热点的内能的转移，从而减少了中子产额。此外，热点自发射的合成门控X射线图像表明，对于DT分层胶囊，P4形状可能无法量化。相反，正P4不对称性在X射线自发射图像中将其自身混叠为扁圆P4。这种明显的P2失真的校正可以在创建圆形X射线图像的同时进一步扭曲内爆。长波长的不对称性可能发挥重要作用，在观察到的产量减少NIF DT内爆相对于详细的后拍摄的2D模拟。
2012-12-13 physics.plasm-ph
High yield fusion in a Staged Z-pinch
我们模拟聚变在Z箍缩，其中的负载是氙等离子体内衬内爆到氘氚等离子体靶和驱动器是2兆焦耳，17 MA，95 ns上升时间脉冲发生器。内爆系统采用动态2-1/2维辐射磁流体动力学计算程序BM 2进行模拟。在内爆期间，激波形成在绝热层中，径向向内输送电流和能量。在与DT碰撞后，形成二次冲击，将DT预热到几百eV。绝热压缩随后导致聚变燃烧，因为靶被通量压缩的、强烈的方位角磁场包围。强磁场限制了聚变$α$粒子，提供了一个额外的离子加热源，导致目标点火.目标在点火之前保持稳定。预测的中子产额为$3.0\times 10^{19}$，热核能量为84 MJ，即比初始电容器存储的能量大42倍。
2008-12-09 physics.plasm-ph
Comment on 'Evidence for Stratification of Deuterium-Tritium Fuel in Inertial Confinement Fusion Implosions'
Casey等人报道了最近在OMEGA激光装置上进行的内爆实验。[1]与DT聚变反应相比，显示出异常低的DD质子产额和高的TT中子产额，这被解释为内爆核中燃料的分层。我们认为，在压缩阶段，燃料处于不平衡状态.离子向内加速到速度v0，与粒子类型无关。屈服比简单地由在相同速度下获得的熔合横截面的比率给出。一个“哈勃”型模型也给出了数据的合理描述。这些考虑可能也与国家点火装置的内爆实验有关。
2013-03-19 nucl-ex nucl-th physics.plasm-ph
Hydrodynamic Implosion Simulation Including Relativistic Effects on Petawatt-Class Pulse Heating
一个包含超热电子相对论效应的球对称流体程序已经被开发出来。在目前的模拟中，我试图使用纳秒脉冲的激光聚变的靶壳内爆，然后，一个额外的加热短脉冲被注入到高度压缩的核心周围的日冕等离子体。发现超热电子对电子输运的相对论效应有可能抑制热流，并显著减少热核聚变中子。这一特性对于聚变靶的偏心快速点火和燃烧可能是重要的。
2003-12-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The Blind Implosion-Maker - Automated Inertial Confinement Fusion experiment design
惯性约束聚变实验的设计，以及改进能量密度物理学理论和实验方法的发展，是寻求核聚变作为可行能源的关键挑战之一。最近的挑战，在实现高产量的内爆在国家点火装置（NIF）导致了新的兴趣，考虑一个更广泛的设计参数空间比通常研究。在这里，我们报告的算法方法，可以产生合理的ICF设计与最小的假设。特别是，我们使用遗传算法元启发式，其中的“人口”的内爆模拟，胶囊的设计是由一个“基因组”，自然选择删除不良的设计，高品质的设计是“交配”彼此的基础上，他们的产量，和设计进行“突变”，以引入新的想法。我们证明了该算法需要约5x10^4次模拟才能找到原始的NIF设计。我们还将这种方法与设计过程的其他部分联系起来，并期待一个完全自动化的ICF实验设计过程-将ICF从实验设计问题转变为算法设计问题。
2019-05-20 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
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
Indirect-Drive Fusion Target Design for Commercial Fusion Energy
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Inertia Enterprises
本文基于NIF验证的间接驱动点火物理，提出10 MJ激光驱动的商业聚变靶缩放设计，实现高增益（26-43）和高产额（265-427 MJ），并解决可扩展性、制造及对称性控制等关键问题。
2026-09-18 physics.plasm-ph
Fusion alpha particle momentum deposition in thermonuclear burn dynamics
本文通过辐射流体力学模拟发现聚变α粒子动量沉积会加速壳层、降低热斑压缩和产额，在NIF尺度下产额降低约30%，表明该效应必须纳入点火判据和燃烧模型。
2025-11-08 physics.plasm-ph
Exploring the parameter space of MagLIF implosions using similarity scaling. I. Theoretical framework
本文提出MagLIF内爆的简化分析模型，通过无量纲分析确定关键参数，并基于相似性缩放理论探索参数空间以估计缩放负载性能。
2023-01-04 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
Using Sparse Gaussian Processes for Predicting Robust Inertial Confinement Fusion Implosion Yields
在这里，我们提出了一个先进的稀疏高斯过程为基础的机器学习算法预测的挑战，惯性约束聚变（ICF）实验的产量的应用。该算法是用来调查的参数空间的一个非常强大的ICF设计的国家点火设施，“最简单的设计”，氘氚气体在塑料烧蚀与高斯，普朗克驱动器。特别是，我们表明，i）GPz有可能将预测的不确定性分解为缺乏数据和镜头间变化的不确定性，ii）允许结合科学目标特定的成本敏感学习，例如专注于参数空间的高产部分，iii）在高维中非常快速有效。
2019-10-18 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Hot Spot Evolution Measured by High-Resolution X-Ray Spectroscopy at the National Ignition Facility
Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University（普林斯顿等离子体物理实验室，普林斯顿大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester（罗切斯特大学激光能源实验室）
该研究利用高分辨率X射线光谱在国家点火装置上测量热点等离子体条件，通过氪氦β光谱测量推断电子密度和温度，匹配计算与观测确定热点大小和面密度，揭示了烧蚀体中W掺杂剂对热点参数的影响，有助于改善内爆性能。
2026-07-08 physics.plasm-ph
Hot-spot model for inertial confinement fusion implosions with an applied magnetic field
本文开发了考虑轴向磁场引起的二维Braginskii各向异性热流的半解析热斑模型，解释了磁化对径向温度分布的影响，并预测了中心温度放大和产额增强，与NIF实验数据吻合。
2025-02-28 physics.plasm-ph
A Hybrid Scheme to Achieve Highest Implosion Performance on the OMEGA Laser
Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester（罗切斯特大学激光能量学实验室）；Department of Mechanical Engineering, University of Rochester（罗切斯特大学机械工程系）；Department of Physics and Astronomy, University of Rochester（罗切斯特大学物理与天文系）
本文提出了一种混合冲击驱动方案，通过结合直接和间接驱动，提高OMEGA激光的冲击性能，显著提升聚变产量并有效消除激光平滑需求。
2026-05-13 physics.plasm-ph
A theoretical model for quantifying the imprinting sensitivity of direct-drive inertial confinement fusion implosions
Shanghai Institute of Laser Plasma（上海激光等离子体研究所）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；CAS Key Laboratory of Frontier Physics in Controlled Nuclear Fusion（可控核聚变前沿物理中国科学院重点实验室）；Collaborative Innovation Center of IFSA, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学国际前沿科学创新协同创新中心）
该研究提出了一种理论模型，用于量化直接驱动惯性约束聚变侵入对激光印迹的敏感性，并通过实验验证了目标扰动主导的条件。
2026-08-05 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
Particle-in-Cell Simulations of Burning ICF Capsule Implosions
本文开发了精确能量守恒的PIC-MCC代码PICNIC，通过一维球对称模拟NIF发射N210808，研究燃烧ICF等离子体中的超热离子产生机制，发现大角度散射产生的α敲击中子信号与实验一致，但无法解释异常大的中子谱移。
2025-06-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Design and Modeling of Indirectly-Driven Magnetized Implosions on the NIF
本文研究NIF上利用磁场减少热点能量损失，设计磁化黑腔实验，并通过辐射磁流体模拟验证磁场对聚变产额和热点温度的提升效果。
2024-04-19 physics.plasm-ph
Degradation of performance in ICF implosions due to Rayleigh--Taylor instabilities: a Hamiltonian perspective
本文从哈密顿视角建立薄壳变分理论，研究瑞利-泰勒不稳定性对ICF内爆性能的影响，揭示高会聚比加剧性能退化，并强调残余动能计算须纳入极向流。
2024-11-19 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Integrated Radiation-Magneto-Hydrodynamic Simulations of Magnetized Burning Plasmas. I. Magnetizing Ignition-Class Designs
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本研究通过磁化点火类设计，发现施加磁场可显著提升聚变产额和中子产额，尤其在N221204和N210808试验中表现出显著增强。
2026-01-19 physics.plasm-ph
Self-similar multishock implosions for ultrahigh compression of matter
本文提出了一种基于自相似解的多激波内爆方法，通过球面收敛激波实现物质超高压压缩，并推导出密度标度律，证明该方法在强非线性区域仍有效，且能避免Rayleigh-Taylor不稳定性，为惰性约束聚变提供理论支持。
2025-12-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A cylindrical implosion platform for the study of highly magnetized plasmas at LMJ
在惯性约束聚变（ICF）实验中使用磁场的潜在好处的研究已经引起了新的实验平台，如Z机（桑迪亚国家实验室）的磁化线性惯性聚变（MagLIF）方法，或OMEGA（激光能量学实验室）的激光驱动等效方法。在兆焦耳级激光设施（如激光兆焦耳（LMJ）或国家点火设施（NIF））中实施这些平台对于实现自我维持的核聚变至关重要，并扩大了通过更高压缩可以实现的磁化水平。在本文中，我们提出了一个完整的设计，实验平台的磁化内爆使用的圆柱形目标在LMJ。种子磁场是使用激光驱动线圈靶沿圆柱体的轴产生的，与脉冲功率场发生器相比，最大限度地减少碎片并增加诊断访问。我们提出了一个全面的模拟研究与这些线圈目标产生的初始B-场，以及2维扩展磁流体动力学（MHD）模拟表明，一个5T的初始B-场被压缩到25kT内爆。在这种情况下，电子被磁化，这严重改变了停滞时的等离子体条件。特别地，在热点中，电子温度增加（从1keV到5keV），而密度降低（从40gcc到7gcc）。我们将讨论如何使用X射线成像和光谱学以及粒子诊断来诊断这些变化。我们建议同时使用两种掺杂剂的燃料（Ar和Kr）作为光谱示踪剂。我们表明，这引入了一个有效的空间分辨率在等离子体中，允许明确的观察B-场效应。此外，我们提出了一个计划，在LMJ的这种未来的实验。
2022-07-01 hep-ex 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
Cognitive simulation models for inertial confinement fusion: Combining simulation and experimental data
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
惯性约束聚变（ICF）实验的设计空间很大，而且实验费用极其昂贵。研究人员严重依赖于计算机模拟来探索设计空间，以寻找高性能的内爆。然而，ICF多物理场代码必须简化假设，从而偏离复杂内爆的实验测量。为了更有效的设计和研究，模拟需要从过去的实验数据输入，以更好地预测未来的性能。在这项工作中，我们描述了一种认知模拟方法，将模拟和实验数据结合到一个共同的预测模型中。这种方法利用了一种名为迁移学习的机器学习技术，即采用经过训练的模型来解决一个任务，并在稀疏数据集上对其进行部分重新训练，以解决一个不同但相关的任务。在ICF设计的背景下，神经网络模型在大型模拟数据库上进行训练，并在实验数据上进行部分再训练，产生的模型比单独的模拟要精确得多。我们证明了改进的模型性能的一系列ICF实验在国家点火装置，并预测最近的实验结果与几个关键的观测误差小于百分之十。我们讨论了如何使用这些方法来进行数据驱动的实验活动，以优化性能，说明关键产品-随着数据的获取而变得越来越准确的模型。
2021-03-19 cs.LG physics.plasm-ph
Detecting Solenoidal Plasma Turbulence via Laser Polarization Rotation
Princeton University（普林斯顿大学）
通过激光偏振旋转技术检测等离子体中斜流湍流，揭示涡旋尺寸分布并用于高能量密度场景的诊断。
2026-01-27 physics.optics 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
Experiments conducted in the burning plasma regime with inertial fusion implosions
国家点火设施目前正在进行一项实验计划，将氘和氚燃料压缩到足以实现聚变和能量增益的密度和温度。正在研究的主要方法是间接驱动惯性约束聚变（ICF），其中高Z辐射腔（黑腔）由激光加热，将入射能量转换为X射线辐射，这反过来又驱动DT燃料填充的胶囊，使其内爆。先前的实验报告DT燃料增益超过1 [O.A. Hurricane等人，Nature 506，343（2014）]，然后超过内爆燃料的动能[S. Le Pape等人，物理修订版信函120，245003（2018）]。我们报告了最近的实验，已经实现了创纪录的聚变中子产率NIF，大于100千焦的瞬时聚变功率超过1PW，并首次进入燃烧等离子体制度，其中燃料的聚变α加热超过通过压缩传递给燃料的能量。这是通过增加高密度碳（HDC）胶囊的尺寸，增加能量耦合，同时控制对称性和内爆设计参数来实现的。两种策略成功地控制了辐射通量的对称性，从而控制了内爆的对称性：通过等离子体波在激光锥之间传递能量，以及改变黑腔的形状。在进行这些实验时，我们控制了已知的降解来源。在这里，我们将展示如何进行这些实验，以产生创纪录的性能，并证明数据的保真度，使我们得出结论，这些镜头已经进入燃烧等离子体制度。
2021-11-08 hep-ex 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
A semi-analytic model of magnetized liner inertial fusion
提出了一种磁化直线惯性聚变（MagLIF）的半解析模型。该模型考虑了MagLIF的几个关键方面，包括：（1）燃料的预热（可选地通过激光吸收）;（2）脉冲功率驱动的衬里内爆;（3）具有状态、人工粘性、内部磁压力和欧姆加热的解析方程的衬里压缩性;（4）燃料的绝热压缩和加热;（5）辐射损失和燃料不透明度;（6）具有能斯特热电损耗的磁通量压缩;（7）磁化的电子和离子热传导损耗;（8）端部损耗;（9）由于规定的掺杂剂浓度和污染物混合而引起的增强的损耗;（10）任意氘与氚燃料比的氘-氘和氘-氚初级聚变反应;以及（11）磁化的α粒子燃料加热。我们表明，这个简化的模型，其透明和可访问的物理，可用于再现整个原始MagLIF论文中提出的一般1D行为[S。A. Slutz等人，等离子体17，056303（2010）]。我们还讨论了一些重要的物理见解，作为发展这个模型的结果，如辐射损失率的依赖性的径向部分的燃料是预热。
2015-05-22 physics.plasm-ph
Comparison of ablators for the polar direct drive exploding pusher platform
我们研究了纯硼，碳化硼，高密度碳，氮化硼烧蚀极直接驱动爆炸推进器（PDXP）平台的性能。该平台使用国家点火装置的极性直接驱动配置来驱动室温胶囊中的高离子温度，并具有用于等离子体物理研究和作为中子源的潜在应用。与塑料相比，这些材料具有更高的拉伸强度，使得更薄的烧蚀体能够支持更高的气体压力，这有助于优化其等离子体物理实验的性能，而含硼的烧蚀体能够收集额外的数据来约束平台的模型。应用最近开发的和实验验证的状态方程模型的硼材料，我们研究这些材料的烧蚀体在二维模拟的性能，特别关注烧蚀体和气体面密度的变化，以及固有的二维内爆预测的对称性。
2020-12-31 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Quantum computation of stopping power for inertial fusion target design
本研究提出一种利用容错量子计算机计算惯性聚变靶设计所需阻止本领的协议，基于第一量子化表示优化块编码算法，并报告了逻辑量子比特和Toffoli门成本，证明其可行性。
2023-08-23 physics.plasm-ph quant-ph
