Concepts for a deuterium-deuterium fusion reactor
我们重新审视了这样一个假设,即在氘-氚(D-T)聚变反应堆成功完成实验和演示之后,必须开发基于氘-氘(D-D)聚变过程的反应堆。两种可能的机制,提高反应性进行了讨论。核能量分布中的硬尾,通过所谓的卡帕分布,允许增加可用于聚变反应的高能核的数量。在比D-T等离子体中通常考虑的温度更高的温度下,由于真实的$e^+e^-$和$μ^+μ^-$对库仑势垒的屏蔽的贡献,真空极化效应可以提供进一步的加速。此外,能量收集系统可以从没有锂覆盖层中受益,既简单又紧凑。使用强子量热法和第三代光伏电池,可以以相当的效率水平绕过通常的热循环,这可能使聚变反应堆的使用扩展到更广泛的环境,特别是海上运输。
2019-10-28 nucl-ex physics.ins-det physics.plasm-ph
Prospects for a dominantly microwave-diagnosed magnetically confined fusion reactor
与目前的实验相比,托卡马克和仿星器反应堆将承受更高的热负荷、溅射、侵蚀和随后的涂层、氚滞留、更高的中子通量和一些辐射效应。此外,中性束在托卡马克反应堆中的穿透将仅限于等离子体边缘。因此,对今天等离子体的几种光学、基于束的和磁诊断可能不适用于明天的反应堆,但目前的讨论表明,反应堆可以在很大程度上依赖于微波诊断,包括基于模式转换和集体汤姆森散射的技术。
2017-01-11 physics.plasm-ph
Reactor for boron fusion with picosecond ultrahigh power laser pulses and ultrahigh magnetic field trapping
与氘氚聚变相比,质子与11B的环境清洁聚变是极其困难的。当用皮秒脉冲代替纳秒激光脉冲进行热烧蚀驱动点火时,非线性引起的剧烈变化导致等离子体块的加速。这从根本上改变了经济的硼聚变测量新的雪崩点火。
2015-11-05 physics.plasm-ph
Comment on "Deuterium--tritium fusion reactors without external fusion breeding" by Eliezer et al
Eliezer等人考虑的极端条件下氘-氘燃烧计算中包含逆康普顿效应[Phys. Lett. A 243(1998)298]所示的最大燃烧温度从约300 keV降低到仅100- 150 keV。这种减少使得通过DD -> T + p反应的氚增殖不足以取代最初添加到氘等离子体中以在小于10 keV下触发点火的少量氚。
2002-01-03 physics.plasm-ph
Laser boron fusion reactor with picosecond petawatt block ignition
为研制功率大于30拍瓦的皮秒激光脉冲驱动的激光硼聚变反应堆,报道了介质爆炸相互作用产生等离子体块的计算进展。进一步的结果是关于直接驱动点火机制由一个单一的激光脉冲没有问题的球形照射。对于在等离子体中产生的α粒子的足够大的停止长度,可以使用来自其他项目的结果。
2017-07-29 physics.plasm-ph
Combing physics-based and data-driven predictions for quantitatively accurate models that extrapolate well; with application to DIII-D, AUG, and ITER tokamak fusion reactors
本文提出将数据驱动模型精度与物理模型外推能力相结合的方法,用于构建可外推的托卡马克输运模型,并在DIII-D、AUG及ITER场景中验证和讨论其应用。
2024-09-30 physics.plasm-ph
Resistive sensor and electromagnetic actuator for feedback stabilization of liquid metal walls in fusion reactors
聚变反应堆中的液态金属壁将受到不稳定性、湍流、感应电流、误差场和温度梯度的影响,这将使它们局部膨胀,从而与等离子体接触,或者耗尽,从而暴露下面的固体基底。为了防止这种情况,研究已经开始通过在厚度测量的反馈中局部施加力来主动稳定静态或流动的液态金属层。在这里,我们提出了液态金属厚度的电阻传感器,并演示了jxB致动器,以局部控制它。
2016-08-17 physics.flu-dyn physics.ins-det physics.plasm-ph
Shaping of Magnetic Field Coils in Fusion Reactors using Bayesian Optimisation
UK Atomic Energy Authority(英国原子能管理局)
针对聚变反应堆高维多输出设计优化难题,提出采用多输出贝叶斯优化的AI驱动策略,可识别托卡马克环向场线圈形状优化的帕累托前沿,兼顾成本最小化与等离子体稳定性最大化。
2023-10-02 cs.AI physics.plasm-ph
Extreme laser pulses for possible development of boron fusion power reactors for clean and lasting energy
极端的激光脉冲驱动非平衡过程中的高密度等离子体允许增加的氢与硼同位素11的融合的9个数量级的能量增益以上的经典值。这是由激光场的非线性(有质动力)力通过等离子体块的非热膨胀加速引发反应的结果,除了雪崩反应,现在已经在实验和理论上表现出来。一个非常紧凑的聚变动力反应堆的设计计划,然后生产环境完全清洁和取之不尽的能源,在有利可图的低成本。在纳秒期间在立方毫米体积内的反应只能用于受控发电。
2017-03-17 physics.plasm-ph
Comments on "Low Q nuclear fusion in a volume heated mixed fuel reactor" by H. Ruhl and G. Korn (Marvel Fusion, Munich)
我们评论的注意“低Q核聚变在体积加热的混合燃料反应堆”的鲁尔和科恩,其中流体动力学寿命的考虑包括在未压缩的聚变燃料目标的点火能量的估计。对于DT聚变的情况,作者得出所需的热点能量为1 MJ。我们指出,他们的Q = 1的估计是不相关的过渡到热核聚变制度,它是基于DT注入硼质子矩阵不考虑所有的后果。应用适当的校正导致所需的激光能量的增加,以启动有用的聚变功率生产,甚至对于DT,进入GJ范围。漫威聚变的目标是使用p-11B聚变反应,根据鲁尔和科恩的乐观估计,这将需要1 GJ的热点能量。如果这是由混合pBDT燃料或分段爆炸方案(而不是激光沉积)提供的,这将意味着快速中子的高相关产生率,以及氚增殖的需要,并将单个激光脉冲产生的能量推向不可管理的维度。
2023-03-17 physics.plasm-ph
First demonstration of Super-X divertor exhaust control for transient heat load management in compact fusion reactors
本研究首次在MAST-U上演示了Super-X偏滤器的排灰控制,采用新型中性气体缓冲层诊断策略,证实替代偏滤器构型可扩大运行窗口、提升瞬态热负荷控制能力并支持联合控制,为紧凑型聚变堆热负荷管理提供了可行方案。
2024-07-10 physics.plasm-ph
A study of the requirements of p-11B fusion reactor by tokamak system code
包括ITER在内的大多数托卡马克装置都利用了D-T反应,因为它具有高反应性,但是由相关的14MeV中子引起的壁负荷将限制高β聚变性能的进一步发展。为了探索p-11B聚变循环,由于电子温度接近电子的静止能,将托卡马克系统程序扩展为包含相对论韧致辐射的程序,通过选择最佳的p-11B混合物和离子温度,计算了聚变增益超过1的p-11B托卡马克堆的一些代表性参数,当忽略同步辐射损失时,在热壁载荷极限和β极限下,然而,当考虑同步辐射损失的影响时,聚变增益大大降低。氦灰在聚变性能中也起着重要的作用,我们发现氦约束时间必须低于能量约束时间,以保持氦浓度比在可接受的范围内。
2022-01-30 physics.plasm-ph
AI-Driven Autonomous Control of Proton-Boron Fusion Reactors Using Backpropagation Neural Networks
Algoretico, Italy(意大利阿尔戈雷蒂科公司)
本文提出利用基于反向传播的神经网络自主控制质子-硼聚变反应堆关键参数,通过实时反馈与物理数据学习适应等离子体动态变化,为稳定高效的无中子聚变提供突破,并具备向其他聚变系统扩展的泛化能力。
2024-10-14 cs.AI cs.LG cs.SY
Self-subsidizing Mercury Remediation with Fusion Reactors
Marathon Fusion(马拉松聚变)
通过聚变反应堆将汞作为中子倍增体,使汞衰变成稳定金,实现永久性汞污染治理并创造经济价值。
2026-04-03 physics.plasm-ph physics.soc-ph
Quodon Current in Tungsten and Consequences for Tokamak Fusion Reactors
本文研究了Tokamak聚变反应堆中由高能He离子和中子产生的移动晶格激发quodons,提出分离quodon电流与传导电流的实验设计,通过飞行时间实验测得其速度接近声速,并发现高功率下quodons可能对低温系统产生不利影响。
2023-09-18 nlin.PS physics.plasm-ph
Quasi-isodynamic stellarators with low turbulence as fusion reactor candidates
提出一种设计反应堆级仿星器磁场的新方法,结合等离子体稳定性、快速粒子约束和湍流降低,解决限制Wendelstein 7-X性能的问题,为聚变能源应用提供候选方案。
2024-05-30 physics.plasm-ph
On the synergy between easier plasma operation and affordable coil-set requirements enabled by Negative Triangularity in the prospective ARC fusion reactor
一个数值工作流程的开发,以探索运行多种等离子体配置的ARC聚变试验工厂的可行性。各种极向场线圈组的合适的成本函数进行评估的基础上所需的电流线圈,感应应力,等离子体配置的灵活性。它示出,第一次,一组给定的极向场线圈可以维持平衡与两个符号的三角形和平衡在负三角形有可比的线圈要求,在正三角形,尽管ARC的正三角形设计平衡。这些结果有助于证明负三角度托卡马克是一个有希望的候选人,为商业化的聚变电源。
2022-12-16 physics.plasm-ph
Optimisation of confinement in a fusion reactor using a nonlinear turbulence model
利用多维优化算法对磁聚变反应堆堆芯的热约束进行了优化。对于第一次在这样的研究中,由于湍流的热量损失建模在每个阶段使用第一原理非线性模拟,准确地捕捉湍流叶栅和大规模的带状流。模拟利用一种新的方法,与gyrofluid治疗的小规模漂移波和gyrokinetic治疗的大规模的纬向流。一个简单的近圆平衡与标准参数被选为初始条件。的品质因数,每单位体积的聚变功率,计算,然后两个控制参数,外通量表面的伸长率和三角形,是不同的,与算法寻求优化所选择的品质因数。每单位体积的等离子体功率的两倍增加是通过移动到更高的伸长率和强烈的负三角形。
2018-04-03 physics.plasm-ph
Natural Fueling of a Tokamak Fusion Reactor
讨论了托卡马克聚变堆维持主堆芯氘氚密度分布的自然加料机制。在由离子温度梯度(ITG)驱动的湍流主导的H模式等离子体中,边缘附近的冷DT离子将自然地朝向核心径向向内箍缩。这种机制是由于准中性热通量主导的ITG湍流的性质,仍然适用时,被困和通过动力学电子效应。使用浅弹丸喷射或超音速气体射流的燃料加注通过向内收缩的DT燃料来增强。使用三维环形电磁回旋湍流代码GEM演示了自然加油机制,并使用准线性理论进行了分析。配置文件类似于保守的ITER运输模型,有一个完全平坦的密度配置文件进行检查,它被发现,天然燃料实际上降低了线性增长率和能量传输。
2009-12-17 physics.plasm-ph
CuCrZr heat-sink irradiation performance reveals new challenges for thermonuclear fusion reactors
Université Lorraine(洛林大学);Montanuniversität Leoben(莱奥本矿业大学);UKAEA (United Kingdom Atomic Energy Authority)(英国原子能管理局);SCK CEN(比利时核研究中心);Universidade de São Paulo Escola Politécnica(圣保罗大学理工学院)
研究热核聚变反应堆中CuCrZr热沉材料在中子轰击下的性能,结合多种方法发现其强化析出物在不同温度下有不同溶解机制,还有氦气泡等形成及合金化学组成改变,挑战其性能策略,凸显新铜基热沉合金需求。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Surfaces with Klein bottle topology occur in fusion reactor fields
本文证明聚变反应堆磁场中可出现具有浸入式克莱因瓶拓扑的磁面,此类曲面围绕庞加莱映射的反射双曲型不动点形成,并在仿星器数据库QUASR及异常锯齿崩溃文献中有所体现。
2025-06-23 math.DS physics.plasm-ph
Avalanche boron fusion by laser picosecond block ignition with magnetic trapping for clean and economic reactor
在对轻氢质子与硼同位素11聚变(硼聚变HB 11)的理想能源进行了很长时间的考虑之后,通过激光对非常高的反应增益进行的最初两次独立测量基本上打开了一个根本性的突破。非热等离子体块点火具有皮秒持续时间的超过数皮瓦的极高功率激光脉冲与高达十千特斯拉的用于捕获的磁场的组合,必须组合使用测量的高增益作为雪崩反应的证据,用于环境清洁、低成本和持久的能源作为对抗全球变暖的潜在选择。独特的HB11雪崩反应是基于氦核(α粒子)的弹性碰撞,仅限于在非常短的时间内在非常小的体积内控制聚变能量的反应堆。
2016-03-04 physics.plasm-ph
Comments to "A non-thermal laser-driven mixed fuel nuclear fusion reactor concept" by H. Ruhl and G. Korn (Marvel Fusion, Munich)
Marvel Fusion宣布的目标是在不久的将来实现基于质子和硼-11核的非中子聚变的反应堆,利用最新的激光技术和纳米结构材料。上面引用的预印本的目的是证明通过飞秒激光照射由纳米线阵列组成的初始未压缩目标获得聚变能量的可行性。这一建议与教科书上的智慧形成了明显的对比,教科书上的智慧甚至对快速点火器概念和DT燃料混合物都假定目标密度约为固态的1000倍。然而,鲁尔和科恩的新的、乐观的预测并不是基于严格的估计,而只是基于参数依赖性,远远超出了他们传统的有效性极限。作者援引自生磁场的影响,导致额外的磁约束,但我们表明他们的模型包含内在的矛盾。本文的结论是,只有当聚变反应的固有时间尺度能够降低到与激光脉冲长度更相称的水平时,超快、高功率激光才能用于惯性聚变能量的产生。包含磁场并不会改变这个基本限制,因为阿尔文时间将与动力学衰变时间相似。假设作为粒子能量的函数的聚变能量增益具有最大值(对于DT在约170 keV),过热将是没有帮助的,使得所需的聚变反应速率的增强只能通过靶的强预压缩来实现。
2022-04-11 physics.plasm-ph
A novel fusion reactor with chain reactions for proton-boron11
利用激光-等离子体相互作用和磁约束结构,本文提出了一种概念性聚变反应堆。我们的反应器由以下组成:1)产生硼11和氢离子加上电子的背景等离子体并保持一定时间,密度为毫克/厘米3,温度为数十电子伏特。因此,辐射水平和等离子体热压都非常低。2)用高功率激光辐照固体靶,产生强冲击波,在靶中诱导出等离子体通道。这种机制在激光方向上传递质子的加速度。必须调整机制,使质子达到600 keV的动能(注意,这个值不是温度)。3)这些超快质子进入背景等离子体并与硼11碰撞,产生3个2.9 MeV的α。4)聚变产生的阿尔法粒子与等离子体中的质子碰撞,并将它们加速到600 keV,引起链式反应。5)感应电流和磁瓶的组合使链式反应过程持续进行,脉冲足够长以获得高能量增益。6)必须更换用于背景等离子体和激光靶的材料以开始新的链式反应循环。
2019-12-03 physics.plasm-ph
Is Your AI Fast Enough to Run a Fusion Reactor?
Princeton University(普林斯顿大学);Google Deepmind(谷歌DeepMind);PPPL(普林斯顿等离子体物理实验室)
本文针对核聚变控制中机器学习推理速度问题,基于DIII-D托卡马克经验开发基准,比较CPU与GPU后端性能,指出大模型需GPU且部署后端应与模型及控制预算协同选择。
2026-11-02 cs.PF cs.SY eess.SY
Revisiting confinement scalings and fusion performance with a perspective optimized for extrapolation
Princeton University(普林斯顿大学);Ghent University(根特大学);Princeton Plasma Physics Laboratory(普林斯顿等离子体物理实验室)
本文从外推角度重新审视约束缩放,提出跨机器经验缩放用于融合功率,发现低阶模型优化了方差捕捉与外推鲁棒性之间的权衡,表明等离子体电流主导融合三乘积和功率。
2026-04-24 physics.plasm-ph
Optimization of Tritium Breeding Ratio in a DT and DD Submersion Tokamak Fusion Reactor
该研究利用Paramak与OpenMC模拟浸没式托卡马克,比较材料、富集度及DD/DT中子能谱对TBR的影响,以实现氚自给。
2023-09-30 cs.CE physics.plasm-ph
The WARP Reactor Concept
本文介绍的WARP反应堆概念,能以远低于现有z箍缩类加速器的尺寸和成本实现强离子束能量与辐射产额的数量级提升,可支撑相对论高能量密度物理前沿研究,并在聚变能源、先进推进、核武储备检测等领域有重要应用价值。
2023-06-08 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Characterizing the negative triangularity reactor core operating space with integrated modeling
本文通过集成建模刻画负三角性反应堆堆芯运行空间,比较两种NT策略与PT H模概念,证明NT可在多种边缘条件下实现无ELM的竞争性聚变性能并保持较低刮削层功率。
2024-09-04 physics.plasm-ph
Hybridizing Physics and Neural ODEs for Predicting Plasma Inductance Dynamics in Tokamak Fusion Reactors
MIT Plasma Science and Fusion Center(麻省理工学院等离子体科学与聚变中心)
针对托卡马克等离子体模拟中物理方法计算成本高、数据驱动方法数据不足的问题,本文提出将物理方程与神经常微分方程融合,用于预测等离子体电流与内部电感动力学,并在 Alcator C-Mod 数据上验证其优于纯物理模型和纯神经常微分方程模型。
2023-10-30 cs.LG physics.plasm-ph
Piecewise omnigenous magnetohydrodynamic equilibria as fusion reactor candidates
Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT(CIEMAT 国家聚变实验室);Universidad Carlos III, Madrid(马德里卡洛斯三世大学);Princeton University, New Jersey, USA(美国新泽西州普林斯顿大学)
本文提出一种满足理想磁流体动力学平衡方程的分段全向仿星器磁场配置,实现了前所未有的分段全向性,从而在降低径向输运、自举电流和快离子损失的同时保持磁流体动力学稳定性,满足可行聚变反应堆候选的物理标准。
2026-06-02 physics.plasm-ph
Lowering the reactor breakeven requirements for proton-Boron 11 fusion
本文通过扩展0维功率平衡分析,研究质子-硼11聚变电站实现盈亏平衡的条件,发现结合高效热机、快质子加热、alpha功率捕获、直接转换和高效加热等改进措施,可将所需Lawson product降低一个数量级,使无中子聚变达到ITER设计参数范围。
2023-10-27 physics.plasm-ph
ITER: The International Thermonuclear Experimental Reactor and the nuclear weapons proliferation implications of thermonuclear-fusion energy systems
本报告包括两个部分:(1)一份“要点”清单,着重说明国际热核实验反应堆(ITER)极有可能设在日本的战略政治和军事技术原因及其影响,这一点有时应在2004年初得到确认。(2)对惯性约束和磁约束聚变系统的核武器扩散影响进行技术分析,证实第一部分强调的技术要点,并表明,虽然充分利用热核武器物理学是ICF的主要影响,但充分利用大规模氚技术是MCF的主要扩散影响。该报告的结论是,将ITER选址在日本这样的国家,已经拥有大量分离钚储备,以及雄心勃勃的激光驱动ICF计划(在规模和质量上与美国或法国相当),将大大增加其潜在(或虚拟)核武器扩散状态,并促进世界各地的进一步核扩散。
2004-02-02 physics.plasm-ph physics.soc-ph
A quasi-continuous exhaust scenario for a fusion reactor: the renaissance of small edge localized modes
小边缘局域模(ELMs)的托卡马克操作制度可能是未来聚变反应堆中大瞬态热负荷问题的解决方案,因为它们提供准连续排气,同时保持良好的等离子体约束。在高密度ASDEX升级和TCV放电中,小ELMs在最后闭合磁通面(LCFS)附近受到压力梯度和磁剪切的相互作用的控制,提出了一种气球模式机制。在这篇手稿中,我们探讨了不同的因素相关的等离子体边缘稳定性在一个广泛的边缘安全因素,通过改变连接长度之间的好和坏的曲率边。同时,这影响了LCFS附近的局部磁剪切以及$E \times B$流剪切的稳定效果。理想的气球稳定性计算与HELENA代码显示,小ELM等离子体确实是不稳定的气球模式非常接近LCFS,但可以表现出第二个气球稳定性的陡峭梯度区域与增强约束。我们还提出了第一个非线性模拟的小ELM制度的JOREK代码,包括$E \times B$剪切,确实开发气球一样的波动在高三角形限制。在该地区的小ELMs起源的无量纲参数是非常相似的,在我们的研究放电和反应堆,使这种制度的理想排气方案的未来反应堆。
2021-10-25 physics.plasm-ph
Plasma-wall interaction in laser inertial fusion reactors: novel proposals for radiation tests of first wall materials
针对激光惯性聚变反应堆第一壁材料缺乏现实辐射测试环境的问题,提出利用超强激光和HIPIB技术重现等离子体条件以验证材料并研究离子爆发传播。
2024-02-13 physics.plasm-ph
A novel agile THz Pulsed Spectropolarimeter measuring 2D distributions of the magnetic field, density and ion temperature of fusion reactor equilibria
本文提出一种新型敏捷太赫兹脉冲光谱偏振仪,通过脉冲偏振测量结合集体汤姆逊散射光谱,可同时测量聚变装置中磁场、密度、离子温度及快离子速度的二维分布,为未来聚变反应堆提供先进实时诊断能力。
2025-09-19 physics.plasm-ph
Physics-informed tritium fuel cycle modelling workflow for fusion reactors
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);United Kingdom Atomic Energy Authority(英国原子能管理局)
本文提出一种基于开源PathSim/PathView平台的多保真度物理引导框架,用于融合反应堆中性子燃料循环建模。通过三种互补的建模方法,结合零维停留时间模型、中间保真度组件模型和高保真度多维中性子传输模型,实现了对燃料循环的系统级描述和验证。
2026-03-20 physics.app-ph physics.plasm-ph
High current ionic flows via ultra-fast lasers for fusion applications
在本文中,我们介绍了一种新的离子加速器的概念。加速器是纳米结构的,可以由一系列材料组成。它能够在中等离子能量下产生大的离子电流。纳米结构可以朝向加速器定制,从而能够以非常高的效率驱动离子束。加速器由激光器阵列提供动力,激光器阵列由具有超短强激光脉冲的$100 \, \text{J}$范围内的许多重复和高效激光器组成。结合纳米结构和所提出的超短脉冲激光器可以为聚变应用带来新的时空控制和能源效率水平。
2022-12-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Physics design point of high-field stellarator reactors
基于高温超导体的电磁体的持续发展导致了对托卡马克型高磁场聚变反应堆的概念探索,其在10 T以上的轴向场下操作。在这项工作中,我们探讨了高场三维电磁铁的物理设计点仿星器反应堆的潜在未来可用性的后果。我们发现,当使用磁场强度$B$的增加来最大限度地减小器件线性尺寸$R\sim B^{-4/3}$(具有其他固定的磁几何形状)时,物理设计点在很大程度上与所选择的场强/器件尺寸无关。类似程度的优化是强加在该系列反应堆设计点的磁配置的磁流体动力学,运输和快速离子约束性能。此外,我们表明,家庭共享一个不变的操作地图的融合功率输出作为辅助功率和相对密度变化的函数。磁场过度设计的影响和$R(B)$标度的设计点与恒定的中子壁负荷进行了检查。在这项研究中,我们使用的几何参数的helias反应堆的特点,但大多数结果适用于其他仿星器配置
2021-12-25 physics.plasm-ph
Reply to "Comments to Marvel Fusions Mixed Fuels Reactor Concept"
针对Lackner等人关于混合燃料无法点火的结论,本文通过扩展α-阻止模型并计入离子α-阻止和中子阻止,证明混合燃料点火可行,且具有深远影响。
2025-09-25 physics.plasm-ph
Comments to Marvel Fusions Mixed Fuels Reactor Concept
本文通过部分逆增益标度分析指出,硼氢混合燃料中轫致辐射、α粒子逃逸、流体动力学膨胀和热传导损失之间存在负协同效应,使得实现燃烧等离子体条件更加困难,重金属包层夯实也无法有效解决该问题。
2024-01-11 physics.plasm-ph
High Energy Electron Confinement in a Magnetic Cusp Configuration
我们报告的实验结果验证的概念,等离子体约束增强磁尖配置时,β(等离子体压力/磁场压力)是统一的顺序。这种改进是基于尖点约束的聚变动力堆可行的必要条件。磁尖位形具有一个关键的优点:等离子体对大尺度扰动是稳定的。然而,早期的工作表明,等离子体的损失率在反应堆的基础上的尖配置是太大的净功率生产。格拉德和其他人的理论是,在高β时,等离子体和磁场之间会形成一个尖锐的边界,导致损耗率大大降低。目前的实验首次验证了这一理论猜想,并代表了Polywell聚变概念的关键进展,该概念将高β尖点配置与静电聚变相结合,用于紧凑,经济,发电的核聚变反应堆。
2014-06-01 physics.plasm-ph
Turbulent Nature of the Quasicontinuous Exhaust Regime for Fusion Plasmas
Max Planck Institute for Plasma Physics(马普等离子体物理研究所)
研究揭示了等离子体融合准连续排气态中湍流机制,通过全球两流体湍流模拟展示了如何在高约束性等离子体与高效热排气之间取得平衡,首次原理结果为未来聚变反应堆的 extrapolations 提供了坚实的物理基础。
2026-06-04 physics.plasm-ph
Nonresonant Diffusion in Alpha Channeling
在聚变反应堆中产生的聚变产生的α粒子的梯度可以用来放大波,从而冷却α粒子,同时从反应堆中扩散提取它们。共振α粒子电荷的相应提取被认为是驱动旋转的机制。通过推导耦合线性准线性理论的α通道,我们表明,对于一个时间增长波与一个纯粹的极向波矢量,在非共振离子的电流取消共振α粒子电流,防止旋转驱动器,但燃料的融合反应。
2020-12-11 physics.plasm-ph
Review of Heavy-Ion Inertial Fusion Physics
本文综述了重离子惯性聚变(HIF)的最新研究成果,包括聚变堆中的重离子束(HIB)输运物理、HIB对直接驱动燃料靶的辐照、燃料靶物理、HIF靶内爆的均匀性、目标内爆非均匀性和鲁棒内爆的平滑机制。HIB具有在惯性聚变中释放聚变能量的显著优选特征:在粒子加速器中,HIB以约30- 40%的高驱动器效率产生,并且HIB离子将其能量沉积在材料内部。因此,对聚变靶能量增益的要求相对较低,这将是~50-70以操作具有1GW电力的标准能量输出的HIF聚变反应堆。HIF反应器的操作频率将为约10~15 Hz。几个兆焦耳的HIB照亮聚变燃料目标,燃料目标内爆至固体密度的约一千倍。然后DT燃料被点燃并燃烧。HIB离子沉积范围由HIB离子停止长度限定,取决于材料,其将为约1 mm。因此,在燃料靶材料中出现相对大的密度尺度长度。惯性聚变的关键问题之一是球形均匀目标压缩,这将被非均匀内爆降级。瑞利-泰勒(R-T)不稳定性会引起内爆的不均匀性,较大的密度梯度尺度长度有助于降低R-T增长率。
2015-11-20 physics.plasm-ph
Turnstile area as a measure for chaotic transport in magnetic confinement fusion devices
该研究提出通过计算旋转门叶瓣面积度量磁约束聚变装置磁场随机性,基于作用量原理开发高效算法可直接计算含仿星器磁场的该量,发现内侧流形旋转门区域远小于外侧,其应用对未来反应堆设计有意义。
2025-04-15 physics.plasm-ph
Machine-Learning-Enabled Full-State Reconstruction of Fusion Plasmas from Minimal Sensor Measurements
Imperial College London(帝国理工学院)
研究利用机器学习模型,结合稀疏传感器历史的时间编码与空间解码来重构全域等离子体状态,通过高保真动力学模拟数据验证,可从少量密度传感器重构多耦合等离子体量。
2026-07-07 physics.plasm-ph
Predicting Thermal Stress and Failure Risk in Monoblock Divertors Using 2D Finite Difference Modelling and Gradient Boosting Regression for Fusion Energy Applications
该研究结合二维有限差分模拟与GBR回归,分析钨、铜及CuCrZr单体偏滤器的热应力集中和界面失效风险,并构建预测性维护框架。
2024-12-06 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Towards enhanced performance in fusion plasmas via turbulence suppression by MeV ions
兆电子伏(MeV)α粒子将是磁约束聚变反应堆中等离子体加热的主要来源。然而,α粒子的大部分能量不是加热燃料离子,而是转移到电子上。此外,α粒子也可以激发Alfvenic不稳定性,以前被认为是有害的。与预期相反,我们证明了有效的离子加热MeV离子和强快离子驱动的Alfvenic不稳定性在最近的实验中的联合欧洲环(JET)的存在。这些实验与国家的最先进的建模工具的详细运输分析解释了观察。在这里,我们展示了一种新型的湍流抑制和改进的能量绝缘等离子体与MeV离子和充分发展的Alfvenic活动,通过一个复杂的多尺度机制,产生大规模的带状流。这种机制有望使α粒子加热占主导地位的聚变反应堆更经济地运行,并最终降低聚变电力的成本。
2020-11-02 physics.plasm-ph
Particulate Contamination Within Fusion Devices and Complex (Dusty) Plasmas
在过去的十年中,尘埃颗粒污染越来越成为聚变研究界关注的一个领域。在国际热核聚变实验反应堆(ITER)这样的燃烧等离子体机器设计中,灰尘污染给诊断集成带来了问题,并可能导致氚安全问题。另外,由于ITER的设计,由于灰尘/壁的相互作用以及由这种颗粒在等离子体内产生的可能的不稳定性,预计这种灰尘污染问题将变得更加令人担忧。由于这种尘埃的动力学一般可以解释采用的离子阻力,库仑力和离子鞘前漂移的组合,最近的研究在复杂的(尘埃)等离子体物理往往提供了独特的见解,这一研究领域。本文将讨论如何在GEC射频参考电池的灰尘和等离子体参数的实验观测可能被用来诊断条件聚变反应堆内,希望提供深入了解可能的机制灰尘检测和清除的可能性。
2007-07-24 physics.plasm-ph
Toward inertial confinement fusion energy based on heavy ion beam
重离子惯性聚变(HIF)能是未来人类赖以生存的重要能源之一。在惯性约束聚变中,重离子束(HIB)具有释放聚变能的显著优势:在粒子加速器中,HIB的驱动效率高达30- 40%,并且HIB离子将其能量沉积在材料内部。因此,对聚变靶能量增益的要求相对较低,这将是~50-70以操作具有1GW电力的标准能量输出的HIF聚变反应堆。HIF反应器的操作频率将为约10~15 Hz。几个兆焦耳的高能束照射聚变燃料靶,燃料靶内爆到固体密度的一千倍左右。然后DT燃料被点燃并燃烧。取决于材料,HIB离子沉积范围将为约0.5-1 mm左右。因此,在燃料靶材料中出现相对大的密度尺度长度。大的密度梯度尺度长度有助于降低瑞利-泰勒(R-T)增长率。本文介绍了HIF物理学的主要优点,并展望了我们未来的能源。
2020-05-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Duqtools: Dynamic uncertainty quantification for Tokamak reactor simulations modelling
本研究开发了Python开源工作流工具duqtools,自动化聚变模拟设置流程,通过2000次等离子体模拟验证JINTRAC套件并发现初始化数据一致性问题,还用于QLKNN-jetexp-15D代理模型的敏感性分析。
2025-01-21 physics.plasm-ph
Autoresonant Removal of Fusion Products in Mirror Machines
本文提出利用自共振技术从磁镜中移除聚变产生的灰粒子,通过3D模拟和蒙特卡洛相空间采样验证了该方法的有效性,同时确保DT燃料粒子留在磁镜中持续聚变,并适用于p-$^{11}$B等先进无中子反应堆。
2025-04-30 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of fusion plasmas using a spectral velocity space representation
磁约束聚变反应堆由于湍流输运而遭受严重的热量和粒子损失,这激发了建造更大和更昂贵的反应堆。数值模拟对它们的设计和操作至关重要,但粒子碰撞太罕见,流体描述是有效的。相反,强磁化聚变等离子体描述的回旋动力学方程,一个非线性积分微分系统的粒子分布函数在一个五维的位置和速度空间,以及随之而来的电磁场。由于高维度,小反应堆部分的模拟需要高性能计算平台上的数十万CPU小时。我们开发了一个Hankel-Hermite频谱表示的速度空间,利用结构特征的gyrokinetic系统。在没有显式耗散的情况下,该表示精确地保持了离散自由能,而我们的Hermite超碰撞算子捕获了具有很少变量的Landau阻尼。电磁场的计算变得纯粹局部化,消除了处理器间的通信,大大加速了对线性不稳定性的搜索。我们实现这些想法在SpectroGK,一个高效的并行代码。湍流聚变等离子体可以通过线性相位混合将自由能耗散到速度空间中的精细尺度,如朗道阻尼,或者通过非线性级联耗散到物理空间中的精细尺度,如流体动力学湍流。利用SpectroGK研究了饱和静电漂移-动力学湍流,发现非线性级联抑制了能量占优尺度下的线性相混合,因此湍流是类流体的。我们利用这一观测结果推导出静电势和分布函数的Fourier-Hermite谱,并通过模拟证实了这些谱。
2016-03-15 physics.plasm-ph