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
Fast Ignition Laser Fusion Using In-Situ Ion Acceleration With Pulsed CO2 Lasers
快速点火是激光聚变的另一种概念，其中将聚变芯块压缩到超固体密度的任务由传统的高能纳秒玻璃激光器完成，而点燃压缩芯块的任务由高强度、中等能量的皮秒源完成，该皮秒源可以使芯块燃烧在这封信中，我们提出了一种概念性的方法，通过这种方法，从二氧化碳中产生的能量（$ CO_2 $）激光器可耦合以加热在等离子体中原位产生的离子，这又产生所需的热点。因此，有效地将$ CO_2 $能量转换成离子束能量可以为快速点火激光聚变提供所需的能量来源。我们证明，通过使用PIC（Particle-In- Cell）模拟，在非均匀等离子体中，在横向方向上使用几个千特斯拉的外部磁场，其中截止之后是共振，可以导致激光能量耦合到较低的混合离子等离子体共振。然后，离子通过较低混合波的破碎而被有效地加速（$\sim 1 MeV$），从而使得能够以方便的方式通过离子快速点燃。
2018-04-20 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
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
Volume Ignition via Time-like Detonation in Pellet Fusion
利用相对论流体动力学和相对论爆轰波阵面理论，对激光驱动弹丸聚变实验中氘氚燃料燃烧的时空动力学进行了估算。燃料的初始“高脚”加热使压缩的目标对辐射透明，然后快速点火脉冲可以穿透并在短时间内将整个目标加热到超临界温度，因此目标的大部分内部几乎同时点火，不稳定性将没有时间发展。在这些相对论性的辐射主导过程中，内部的类时燃烧锋和周围的类空燃烧锋都是稳定的，不受瑞利-泰勒不稳定性的影响。为了实现这种快速的体积点火，将目标加热到超临界温度的脉冲应该在小于约10 ps内提供所需的能量。
2015-03-11 physics.plasm-ph
Radiation dominated implosion
分析了无烧蚀体直接点火的惯性约束聚变构型模型。忽略靶丸的压缩，通过激光脉冲实现快速体积点火，其与光穿过丸的穿透时间一样短。假设目标的反射率可以忽略不计，并且吸收率是恒定的，使得光脉冲可以到达小球的相对侧。计算了所需的脉冲长度和脉冲强度。
2016-11-15 physics.plasm-ph
Picosecond-petawatt laser-block ignition of avalanche boron fusion by ultrahigh acceleration and ultrahigh magnetic fields
氢（质子）与硼同位素11（HB 11）反应产生的聚变能量产生三个稳定的氦核，与DT聚变相比没有核辐射问题。但是，由纳秒激光脉冲驱动的HB 11反应具有热压缩和激光点燃是极其困难的。当用皮秒激光脉冲照射产生具有100倍加速的非热等离子体块点火时，这一点发生了根本性的变化。这使用非线性（有质动力）力，即使在二元反应的悲观假设下，也令人惊讶地产生与DT融合相同的阈值。在评估了由千特斯拉磁场捕获的圆柱形反应之后，并使用测量到的高度增加的HB 11聚变增益来证明次级反应中三个α的雪崩，得出了以具有竞争力的成本获得绝对清洁能源的可能性的结论。
2015-10-26 physics.plasm-ph
Hole boring in a DT pellet and fast ion ignition with ultra-intense laser pulses
最近实现的高强度短激光脉冲在其应用于非均匀过密等离子体中的钻孔和预压缩DT聚变靶中的点火方面开辟了新的前景。一个简单的分析模型和数值模拟表明，强度超过1022 W/cm 2的脉冲可以深入穿透到等离子体中作为一个有效的有质动力加速的离子在向前的方向。高达数百微米的穿透深度取决于激光能量密度，其必须超过几十GJ/cm 2。在通道底部加速的快离子效率超过20%，具有很高的方向性，可以将预压缩的靶芯加热到聚变条件。
2009-03-22 physics.comp-ph 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
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
A global simulation for laser driven MeV electrons in $50μm$-diameter fast ignition targets
本文采用2.5维粒子模拟方法，对皮秒激光脉冲与直径为50- $μm$、临界密度为40的等离子体小球相互作用进行了数值模拟。高密度小球被低密度电晕包围，并通过真空区域与模拟箱边界隔离。激光脉冲被示出为细丝，并在激光-等离子体界面上产生密度通道。密度通道增加了激光吸收效率，并有助于产生具有大角度扩展的高能电子分布。前向高能电子和感应返回电子的组合分布对电流丝不稳定性来说是边缘不稳定的。离子在中和由不同电子基团之间的温度差异引起的空间电荷中起重要作用。没有全球合并的电流丝导致的不稳定性观察，与观察到的高能电子的大角度扩展。
2006-01-25 physics.plasm-ph
A novel three-axis cylindrical hohlraum designed for inertial confinement fusion ignition
提出了一种用于间接驱动惯性约束聚变的新型点火黑腔--三轴圆柱形黑腔。TACH是一种6个激光入射孔（LEH）黑腔，由三个圆柱形黑腔正交连接而成。激光束以相同的55°入射角通过每个入射孔注入。视角因子模拟结果表明，在没有束流相位调整等辅助技术的情况下，TACH的时变驱动不对称性在整个驱动脉冲周期内不超过1.0%，其耦合效率接近相应尺寸的6个LEH球形黑腔。其等离子体填充时间接近于典型的圆柱点火黑腔。它的激光等离子体相互作用具有与圆柱形点火黑腔外锥一样低的后向散射。因此，提出的黑腔提供了一个有竞争力的候选点火黑腔。
2016-05-12 physics.plasm-ph
Control of Electron Beam Using Strong Magnetic Field for Efficient Core Heating in Fast Ignition
为了提高电子驱动快速点火中的堆芯加热效率，提出了利用外加纵向磁场引导快速电子束的方法。基于FIREX级实验的PIC模拟，我们证明了在中等镜比（~<10）的情况下，在kT级外磁场作用下，碰撞稠密等离子体中的光束导引性能是足够的。通过磁管道结构的形成，由于电阻效应，发现镜场的钻孔，这表明在高镜场的光束引导更高的激光强度和/或更长的脉冲宽度的可能性。
2015-03-11 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
Multiscale modeling strategy and general theory of non-equilibrium plasma assisted ignition and combustion
评述了等离子体辅助点火和燃烧的自洽一维理论框架。在这个框架中，冻结电场建模方法被应用到利用准周期行为的电气特性，以避免重新计算的电场为每个脉冲。采用相关动态自适应化学（CoDAC）方法加速计算大型刚性化学反应机理。在模拟过程中，通过一个三阶段的多时间尺度建模策略，它利用纳秒脉冲等离子体放电的时间尺度的大分离的时间步长动态更新。提出了等离子体辅助点火和燃烧的一般理论。纳秒脉冲等离子体点火燃烧过程可分为四个阶段。第一阶段是放电脉冲，时间尺度为0（1至10 ns）。在该阶段中，大部分输入能量耦合到电子碰撞激发和解离反应中以产生带电或激发的物质和自由基。第二阶段是两个相邻脉冲之间的间隙期间的余辉，时间尺度为O（100 ns）。在此阶段，激发态物质的猝灭不仅进一步解离O2和燃料分子，而且还提供快速的气体加热。第三阶段是脉冲之间的剩余间隙，时间尺度为O（1到100微秒）。在阶段I和II期间产生的自由基显著增强了该阶段中的放热反应。第四阶段是多个脉冲的累积效应，时间尺度为O（1 ms至1 sec），其中包括预热的气体温度和大量的自由基和燃料碎片，以触发点火。对于等离子体辅助火焰，等离子体显著增强了自由基的产生和预热区的气体加热，这可能引发上游自燃。
2017-06-16 physics.app-ph physics.comp-ph 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
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
Laser-plasma interactions for fast ignition
在惯性约束聚变的电子驱动快速点火方法中，需要petawatt激光脉冲来产生MeV电子，这些电子在内爆DT壳的压缩核中沉积数十千焦。本文综述了与快速点火有关的强激光等离子体相互作用（LPI）的研究进展。计算和建模能力的提高，以及算法的发展，导致我们在相关尺度上进行LPI的多维粒子模拟（PIC）的能力增强。我们讨论的物理相互作用的激光吸收分数，激光产生的电子光谱，发散，和它们的时间演化。缩放与照射条件，如激光强度被认为是，以及对等离子体参数的依赖。不同的数值建模方法和配置进行了处理，提供了一个概述的建模能力和局限性。此外，我们讨论了模拟结果与实验观测值的比较。特别是，我们解决的问题，今天的实验的全面快速点火问题的替代品。
2013-08-12 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
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
Accounting for speckle scale beam-bending in classical ray tracing schemes for propagating realistic pulses in indirect drive ignition conditions
提出了一种等离子体流引起的平滑激光束偏移的半解析模型。基于高斯描述的散斑，该模型包括空间，时间和偏振平滑技术，通过从流体动力学模拟发出的配合与近轴描述的电磁波。然后将该光束弯曲模型包含在光线跟踪算法中，并仔细验证。在NIF实验的全尺寸模拟中，当作为后处理应用于内锥的传播时，沿激光路径的光束弯曲会影响黑腔内部的折射条件和能量沉积，并且可以解释异常折射测量，即在一些NIF实验中观察到的所谓闪烁。
2022-09-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.optics
Integrated simulation of magnetic-field-assist fast ignition laser fusion
为了提高快点火激光聚变堆芯的加热效率，通过对FIREX类靶的综合模拟，对相对论电子束外磁场导引的概念进行了评估。对于锥壳靶，由于内爆形成的磁镜使靶芯变形，大部分快电子被反射，因此施加磁场会降低靶芯的加热性能。另一方面，在附加锥形实心球靶的情况下，内爆在千特斯拉级磁场作用下更稳定。此外，通过内爆形成了可行的磁场位形。结果表明，磁导向可使磁芯加热效率提高一倍。研究了实心球靶的堆芯加热特性与加热脉冲发射定时的关系。
2016-08-19 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
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
On double-layer and reverse discharge creation during long positive voltage pulses in a bipolar HiPIMS discharge
本研究通过时间分辨Langmuir探针和快速相机光谱成像，揭示了双极HiPIMS长正电压脉冲期间反向放电的引燃机制，发现Ar+离子诱导的二次电子发射与磁场镜像构型是导致靶前电荷双层结构形成及反向放电的关键原因。
2024-03-27 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
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
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
Magnetized Fast Isochoric Laser Heating for Efficient Creation of Ultra-High-Energy-Density States
对惯性约束聚变（ICF）点火的追求是一个巨大的挑战，特别是大型激光设施。利用高强度短脉冲激光对预压缩等离子体核心进行快速等容加热是一种有吸引力的替代方法，可以产生像ICF点火火花那样的超高能量密度状态。这避免了由热火花与周围冷燃料混合引起的点火淬熄，这是当前追求的点火方案的关键问题。高强度激光器有效地产生相对论电子束（REB）。一部分REB动能沉积在堆芯中，然后被加热的区域变成热火花触发点火。然而，只有一小部分REB与核心碰撞，因为它的大发散。在这里，我们已经证明了增强的激光与核心的能量耦合与磁化快速等容加热。该方法采用从REB产生点到芯施加到传输区域的千特斯拉级磁场，这导致沿着磁场线将REB引导到芯。7.7即使使用相对小的径向面积密度芯（$\pm$ $\sim$ 0.1 g/cm $^2$），也实现了最大耦合的1.3%。通过使用Cu- $K_α$成像技术，在预压缩的核心中清楚地可视化引导的REB运输。一个简化的模型加上全面的诊断产生6.2%的耦合，同意相当与实测耦合。该模型还揭示了一个点火规模的面密度核心（$ρR$ $\sim$ 0.4 g/cm $^2$）导致更高的激光-核心耦合（$>$ 15%），这是远远高于目前的方案所实现的。
2017-12-16 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
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
Controlling fast electron beam divergence using two laser pulses
本文介绍了第一个实验演示的相对论电子束在固体靶使用两个共线，相对论强度，皮秒激光脉冲的指导。第一脉冲产生一个磁场，该磁场引导由第二脉冲产生的较高电流的快电子束。研究了光强比、延迟时间、总能量和本征预脉冲等因素对激光输出的影响。热成像和Kα成像显示，在4 - 6 ps的延迟下，发射尺寸减小，峰值发射增加，总发射增加，强度比为10：1（第二：第一），总能量为186 J。与单次高对比度拍摄相比，推断的快电子发散度降低了2.7倍，而快电子电流密度增加了1.8倍。的增强再现与建模，并示出是由于自生成的磁场。这种方案对快点火惯性聚变有很大的好处。
2012-05-15 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
Design of a Peanut Hohlraum with Low Gas-Fill Density for the Laser Megajoule
国家点火装置的最新实验[D. E. Hinkel等人，物理修订信函117，225002（2016）]证明，利用中等气体填充密度（=0.6 mg/cm 3 4 He）的长、大外壳与胶囊比（=3）的传统圆柱形空腔，由于其激光锥传播的裕度小，因此改善了驱动对称性控制，几乎没有机会在可接受的能级实现点火。在这封信中，一个非圆柱形的黑腔，称为花生黑腔，使用一个较大的外壳到胶囊（=3.46），在较低的气体填充密度（=0.3 mg/cm 3 4 He），以点燃一个高脚推进器胶囊与较短的脉冲（~ 9 ns）。花生空腔需要约2.5 MJ的激光能量来实现306 eV的峰值驱动温度，同时内锥路径上的低Z等离子体电子密度保持很低，这导致几乎没有模拟的拉曼背散射，并且高Z气泡仍然远离内锥路径，其中没有激光吸收，这有利于驱动对称性控制。由于交叉位置远离LEH，交叉光束的能量传递也可以忽略不计。花生状黑腔为实现点火提供了良好的驱动环境，将为ICF方法的多样性提供新的发展方向。
2017-06-07 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
Super Marx Generator for Thermonuclear Ignition
在正在进行的电脉冲功率驱动的惯性约束聚变实验中，Marx发生器与Marx发生器环中心的靶并联连接。在那里，电流，而不是电压相加。代替并联连接一组马克思发生器，可以将它们串联连接，将它们的电压相加，而不是电流。例如，如果将50个20 MV的马克斯发电机串联起来，它们将加起来达到1千兆伏。但是为了防止击穿，在这种超马克思发生器中，电压的累加必须很快。为此，建议每个马克思发生器对快速放电电容器充电，由此充电的快速电容器成为第二级超级马克思发生器的元件。在超级马克思发生器中，马克思发生器还承担原始马克思电路中的电阻器的作用。在10^9伏特的电压和10^7安培的放电电流下，产生10^16瓦特GeV的质子束成为可能，它可以在液态氘中引发热核微爆炸。
2008-09-11 physics.acc-ph 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
New option for solving the climatic problems with non-thermal laser driven boron fusion and ultrahigh magnetic fields
与聚变能可持续发展的广泛趋势相反，现在通过在等离子体块点火方案中应用超短、超强激光脉冲来开发新的方面，通过使用电动非热能转换来避免众所周知的热压不稳定性和损失的困难。另一个优点是新的10千特斯拉磁场，用于未压缩的质子-硼燃料的聚变，避免了危险的核辐射问题。
2014-12-13 physics.plasm-ph
Adding high time resolution to charge-state-specific ion energy measurements for pulsed copper vacuum arc plasmas
利用商用离子质量/电荷和能量/电荷分析仪直接采集离子检测信号，获得了脉冲Cu电弧等离子体的电荷态分辨离子能量-时间分布。我们发现在电弧点火后的前几百微秒内，Cu 2+、Cu 3+和Cu 4+离子的能量向较低值转移，这是等离子体中粒子碰撞的证据。Cu 1+离子的产生在脉冲的后半部分中，通过Cu 1+信号强度的增加和相关的平均电荷状态点的轻微减少来测量离子和中性物之间的电荷交换反应。在脉冲的最开始，当等离子体膨胀到真空和等离子体电位强烈波动时，观察到具有更高能量（超过200 eV）的离子。在脉冲的早期，观察到的离子能量近似成正比的离子电荷状态，我们得出结论，加速机制主要是基于加速在电场。该场被引导远离阴极，指示电势峰。浮动探针的测量表明，潜在的结构旅行和离子在旅行领域可以获得高达几百电子伏的高能量。在脉冲的后期，近似的比例性丧失，这与由于与中性粒子的碰撞而导致的不同能量的增加的拖尾有关，和/或与从静电到“气体动力学”的加速特性的改变有关，即，由压力梯度控制。
2015-06-25 physics.plasm-ph
Controlling intense, ultrashort, laser-driven relativistic mega-ampere electron fluxes by a modest, static magnetic field
本文实验证明0.1特斯拉静磁场即可引导30飞秒激光驱动的兆安电子束在钕靶中传播5毫米，通量密度提升近3倍，模拟预测可调谐近单色高能特征，对辐射源、激光聚变和实验室天体物理有重要价值。
2023-11-12 physics.plasm-ph
Fast Correlation Heating in Moderately Coupled Electron-Ion Plasmas
本研究首次严格推导中等耦合电子-离子等离子体中的快速关联加热机制，明确其速率远快于碰撞能量交换，指出飞秒激光脉冲或可助力惯性约束聚变快点火方案实现点火。
2023-05-05 physics.plasm-ph
Comments to "High current ionic flows via ultra-fast lasers for fusion applications" by H. Ruhl and G. Korn (Marvel Fusion, Munich)
我们评论Marvel Fusion的建议，即使用超短，强激光脉冲撞击纳米结构的目标，以产生热离子，最终目标是通过p-11B聚变反应产生能量。我们展示了如何对加热区域的线密度的最低要求，也出现了这样的计划，旨在点火或只是光束能量放大，这已经为D-T反应是禁止的，如果没有预压缩的目标是预见的。我们的结论是，先进的超短激光脉冲可以用于聚变应用，只有当聚变反应时间可以降低到足够短的值。这只能通过靶的强预压缩来实现，这似乎难以与纳米结构靶协调，特别是与支持者所示的燃料组件几何形状协调。
2023-02-03 physics.plasm-ph
Zero vector potential mechanism of attosecond absorption in strongly relativistic plasmas
在强相对论体系中，对激光与物质相互作用的物理理解是非常重要的。本文描述了强激光脉冲与过密等离子体相互作用中真空-固体边界处产生快电子的一种新机制。这是一个没有类似的经典，非相对论性激光等离子体相互作用。在这里，提供了确凿的证据，快速电子产生的关键贡献是由矢量势的零点。我们表明，新的机制导致缩放的快电子能量，这明确地依赖于等离子体密度，从而提供了一个新的见解相对论激光物质相互作用。此外，研究表明，这种新的机制通过将能量注入阿秒持续时间电子聚束传递的过密等离子体中，对相互作用做出了主导贡献。这种新的理解将允许未来通过适当控制激光脉冲偏振来产生单个超亮阿秒X射线脉冲[1]-[7]。这个过程也将允许产生单脉冲阿秒电子聚束，可以在激光尾场加速器中进一步加速[8]-[10]。将受益于这种新见解的其他应用包括激光驱动离子加速器[11]-[15]，快速点火惯性约束聚变[16]-[18]以及强度前沿的基础研究[19]-[20]。
2010-09-04 physics.plasm-ph
First Breakthrough for Future Air-Breathing Magneto-Plasma Propulsion Systems
实现了喷气发动机发明以来喷气推进技术的新突破。未来吸气式磁等离子体推进系统的第一次关键试验已经成功完成。在这方面，这也是第一次，捏密集等离子体聚焦放电可以在一个大气压下点燃，并在脉冲模式下使用非常快的纳秒静电激励来驱动，以诱导自组织的等离子体通道，用于点燃推进主放电。取决于电容器电压（200-600 V），在一个大气压下的能量输入从52-320 J/脉冲变化，对应于从1.2-8.0 mNs的脉冲位。这样一个每秒一千个脉冲驱动的新型脉冲等离子体推进系统已经具有现代喷气发动机的推力面积比（50-150 kN/m2）。一系列推进器可以使未来的飞机和飞艇从地面出发并到达50公里及以上的高度。所需的高功率可以由航空航天公司已经在开发的未来紧凑型等离子体聚变反应堆提供。磁等离子体压缩机本身最初是由俄罗斯科学家开发的等离子体聚变装置，后来被小型化用于超音速流量控制应用。所以第一个突破是基于一种衍生的等离子聚变技术。
2017-01-20 physics.plasm-ph
Laser-ion acceleration via anomalous electron heating
利用千焦级激光器，我们首次证明了高对比度皮秒脉冲对离子加速是有利的。我们表明，激光脉冲的最佳持续时间和一个大的焦点加速电子超过有质动力能量。这种反常的电子加热使离子能够有效加速，达到52 MeV，强度为1.2 × 10^19 Wcm^-2。观测到的质子能量与考虑反常加热效应的一维等离子体膨胀模型定量吻合。加热过程证实了用电子光谱仪和一维粒子模拟的测量。通过将脉冲持续时间延长到6 ps，在强度为10^18 Wcm^-2的情况下，质子的能量转换效率达到5%（1 kJ激光能量中的50 J）。这些结果对于实现离子驱动快速点火和新型离子束线具有重要意义。
2016-08-05 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
Vacuum laser acceleration of super-ponderomotive electrons using relativistic transparency injection
强激光可以在短距离内将电子加速到非常高的能量。这种紧凑型加速器有几个潜在的应用，包括快速点火，高能物理和射线照相。在激光加速电子的各种方案中，真空激光加速电子具有超高的加速梯度和非常简单的优点。然而它的实现一直很困难，因为将自由电子注入快速振荡的激光场中并不是小事。在这里，我们证明了自由电子注入和随后的真空激光加速电子高达20兆电子伏使用相对论透明效应。当高对比度强激光驱动薄固体箔时，来自致密不透明等离子体的电子首先被固体箔前面的激光驻波加速到近光速，随后随着不透明等离子体变得相对论透明而注入透射激光场中。可以通过操纵激光偏振、入射角和时间脉冲成形来进一步优化电子注入/加速。我们的研究结果也揭示了基本的相对论透明过程，对于产生次级粒子和光源至关重要。
2021-10-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Thermonuclear Fusion Triggered by Collapsing Standing Whistler Waves in Magnetized Overdense Plasmas
利用二维和一维粒子模拟方法研究了哨声驻波引发的热聚变等离子体。当驻哨声波由于离子等离子体波的破波而塌陷时，电磁波的能量直接转移到离子动能。在这里，我们发现，即使在多维模拟的多离子物种的目标，如氘氚（DT）冰和固体氨硼烷（H $_6$ BN）的离子加热的哨声驻波是可操作的。离子的能量转换效率变得高达注入的激光能量的15%，这显著地取决于靶厚度和激光脉冲持续时间。如果选择合适的激光等离子体条件，离子温度可以达到几十keV或更高。用这种方法产生的DT聚变等离子体作为有效的中子源是非常有用的。我们的数值模拟表明，中子产生效率超过10 $^9$ n/J每球面度，这是超越了目前的国家的最先进的激光实验的成就。驻波哨声加热将扩大磁约束激光聚变的替代点火设计的实验可能性，也为更困难的聚变反应，包括非中子质子硼反应。
2020-01-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph
