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
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
On the Relationship Between Plasma and Tritium Fuel Cycle Through Matter Injection and Particle Exhaust
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Gauss Fusion GmbH（高斯聚变有限公司）
本文发现等离子体运行场景与氚燃料循环要求之间存在不一致，通过扩展燃料注入率数据库，表明注入量远超芯部加料，并评估了缓解策略，强调反应堆设计需联合优化芯部等离子体、边缘等离子体和氚燃料循环。
2026-06-29 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
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
Polarized fusion, its Implications and plans for Direct Measurements in a Tokamak
经过几十年的努力，一个长期的能源选择刚刚接近地平线，那就是核聚变。最近的发展使我们能够应用自旋物理技术来提高其可行性。托卡马克反应堆中的主聚变燃料的截面D+T=> α +n，如果燃料被极化，将增加1.5倍。模拟预测，由于阿尔法加热的增加，在大型机器（如ITER）中会出现进一步的非线性功率增益。这些都是重大的改进，可以降低达到点火所需的要求，并可用于通过补偿中子降解来延长反应堆的使用寿命。潜在的实现依赖于自旋极化的生存期相当于能量遏制时间。对极化燃料选择的兴趣在20世纪80年代达到了最初的高峰，当时的计算预测极化实际上可以在等离子体中存活下来。然而，有人对从反应堆壁回收燃料的累积影响表示关切。此外，制备和处理极化材料的技术挑战阻碍了直接测试。在过去几十年中，这种情况发生了巨大变化。对ITER等离子体的详细模拟表明，在高功率反应堆中，壁面再循环可以忽略不计。此外，极化材料技术、为惯性约束开发的聚合物颗粒以及为将燃料输送到托卡马克堆芯而开发的低温注入枪这三个领域的进步组合已经成熟到可以进行直接原位测量的程度。杰斐逊实验室- DIII-D/通用原子学-弗吉尼亚大学的合作正在圣地亚哥的DIII-D托卡马克上开发使用同位旋镜反应D+3 He =>alpha+p的原理证明极化生存实验的设计。
2017-03-17 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
Multi-Machine Scaling Laws for Fuel and Impurity Puffing Rates Sufficient for Detachment Access: a Systematic Review of Magnetic Confinement Fusion Devices
Gauss Fusion GmbH（高斯聚变有限公司）；United Kingdom Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；EUROfusion Consortium（欧洲聚变联盟）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本文通过系统综述磁约束聚变装置，推导出多机器尺度定律，用于预测燃料和杂质喷射率以实现边缘等离子体脱离，为反应堆设计提供实用工具。
2025-11-14 physics.plasm-ph
Numerical validation of a volume heated mixed fuel concept
本文提出一种新型快速直接驱动混合燃料ICF概念，利用纳米结构加速器避免使用低温燃料，并通过MULTI代码模拟验证了pBDT混合燃料在MJ级等容加热下目标增益大于1的可行性。
2023-07-02 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
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
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
Maximizing specific energy by breeding deuterium
比能（即每单位质量的能量）是燃料源的最基本和最重要的属性之一。在这项工作中，测量的融合截面进行系统的研究，以确定哪些反应是潜在的可行性，并确定燃料循环，最大限度地提高比能量。这表明，通过使用正常的氢通过中子捕获产生氘，传统的催化D-D聚变燃料循环可以获得比其他任何东西都大的比能量。简单地用水包围催化D-D反应堆，就能使地球上主要的能源储备氘燃料产生多达65%的能量。最后，考虑了对空间推进的影响，揭示了超过氘-氦-3的有效排气速度在理论上是可能的。
2019-08-02 physics.plasm-ph physics.pop-ph
