مجله علوم، مهندسی و فناوری هسته‌ای

اثر میدان مغناطیسی خارجی بر نهشت انرژی الکترون‌ درون سوخت چگال در مدل افروزش سریع- شوکی با استفاده از ابزار شبیه‌سازی Geant4

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

سیدابوالفضل قاسمی 1
امیر مصلحی 2
سمیرا فقیه 3

1 پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 51113-14399، تهران-ایران

2 پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 3486-11365، تهران، ایران

3 گروه فیزیک، دانشکده‌ی علوم‌پایه، دانشگاه دامغان، صندوق پستی: 41167-36716، دامغان، ایران

https://doi.org/10.24200/nst.2021.1173
چکیده
در این پژوهش اثرات میدان مغناطیسی خارجی‌T(0-1000) = Bextبر میزان نهشت انرژی الکترون­‌های نسبیتی به درون پلاسمای چگال با گستره چگالی برای مدل ترکیبی افروزش سریع- شوکی و با استفاده از ابزار شبیه‌­سازی Geant4 مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. در مدل شبیه‌­سازی، دو نوع توزیع انرژی نمایی و شبه- دودمایی برای الکترون­‌های نسبیتی با محدوده‌ی انرژیجنبشیاولیه‌­ی لحاظ شده است. نتایج شبیه‌سازی در حضور میدان مغناطیسی خارجی نشان می­‌دهند که دینامیک الکترون­‌های نسبیتی تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی قرار گرفته و در نتیجه باعث انتقال بهینه انرژی آن‌ها به درون سوخت می­شود.مقایسه نتایج حاصل از شبیه­‌سازی نشان می­‌دهد بهینه نهشت انرژیبه ازای چگالی در حضور میدان مغناطیسی با طول‌موج لیزر افروزندهmm35/0= ifλو شدت لیزر2-W.cm 1021=Iحاصل می­‌شود، به ­طوری ­که می‌توان گفت با افزایش میدان مغناطیسی خارجی میزان نهشت انرژی با آهنگ کند و آرامی رشد می­‌کند.
در این پژوهش اثرات میدان مغناطیسی خارجی‌T(0-1000) = Bextبر میزان نهشت انرژی الکترون­های نسبیتی به درون پلاسمای چگال با گستره چگالی برای مدل ترکیبی افروزش سریع- شوکی و با استفاده از ابزار شبیه­سازی Geant4 مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. در مدل شبیه­سازی، دو نوع توزیع انرژی نمایی و شبه- دودمایی برای الکترون­های نسبیتی با محدوده­ی انرژیجنبشیاولیه­ی  لحاظ شده است. نتایج شبیه­سازی در حضور میدان مغناطیسی خارجی نشان می­دهند که دینامیک الکترون­های نسبیتی تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی قرار گرفته و در نتیجه باعث انتقال بهینه انرژی آن‌ها به درون سوخت می­شود.مقایسه نتایج حاصل از شبیه­سازی نشان می­دهد بهینه نهشت انرژیبه ازای چگالی در حضور میدان مغناطیسی با طول‌موج لیزر افروزندهmm35/0= ifλو شدت لیزر2-W.cm 1021=Iحاصل می­شود، به­طوری ­که می­توان گفت با افزایش میدان مغناطیسی خارجی میزان نهشت انرژی با آهنگ کند و آرامی رشد می­کند.
 

کلیدواژه‌ها

ابزار شبیه‌سازی Geant4
افروزش سریع - شوکی
میدان مغناطیسی خارجی
توزیع انرژی نمایی
توزیع انرژی شبه-دودمایی

عنوان مقاله English

The effect of external magnetic field on the electron energy deposition in dense fuel for fast-shock ignition concept by using Geant4 simulation toolkit

نویسندگان English

S. A. Ghasemi 1
A. Moslehi 2
S. Faghih 3
1 Plasma and Nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O. Box: 14399-51113, Tehran, Iran
2 Radiation Application Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O. Box: 11365-3486, Tehran, Iran
3 Department of Physics, Faculty of Basic Science, Damghan University, P.O. Box: 36716-41167, Damghan, Iran
چکیده English

In the present work, the effect of the external magnetic field of  on the energy deposition of the relativistic electrons into high density fuel of    in fast-shock ignition concept has been investigated by using the Geant4 simulation toolkit. In our simulation model, two types of the energy distribution function including exponential energy distribution and quasi-two temperature energy distribution function, for relativistic electrons with an initial kinetic energy of  were considered. The results of simulations in the presence of an external magnetic field show that the dynamics of the relativistic electrons are strongly affected by the external magnetic field which results in the optimum energy transfer into the fuel. The comparison of the results indicates that the optimal energy deposition is obtained for the density of  in the presence of a magnetic field of about  with an ignitor laser wavelength of  and laser intensity of ‌. It can therefore be concluded that by increasing the external magnetic field of , the energy deposition rate increases slowly.

کلیدواژه‌ها English

Geant4 simulation toolkit
Fast-shock ignition
External magnetic field
Exponential energy distribution
Quasi-two temperature energy distribution
1.              Hong-bo Cai and Shao-ping Zhu and X. T. He, Effects of the imposed magnetic field on the production and transport of relativistic electron beams, Phys. plasmas 20, 072701 (2013).
 
2.              M. Hohenberger, et al., Inertial confinement fusion implosions with imposed magnetic field compression using the OMEGA Laser, Phys. plasmas 19, 056306 (2012)
 
3.              D. J. Strozzi, et al., Imposed magnetic field and hot electron propagation in inertial fusion hohlraums‌‌, J. Plasma Phys, vol. 81, 475810603 ‌(2015).
 
4.              X. H. Yang, et al., Effects of external axial magnetic‌ field on fast electron propagation, Phys. plasmas 18, 093102 (2011).
 
5.              T. Johzaki, et al.‌, Electron beam guiding by strong longitudinal magnetic fields, Journal of Physics: Conference Series 688‌ 012041(2016).
 
6.              S. A. Ghasemi, A.H. Farahbod, S. Sobhanian, Analytical model for fast shock ignition, AIP Adv. 4, 077130 (2014).
 
7.              A. H. Farahbod, et al., Improvement of non-isobaric model for shock ignition, Eur. Phys. J. D., 68:314 (2014)
 
8.              A. H. Farahbod, S. A. Ghasemi, Fast-Shock Ignition: A new concept to Inertial confinement fusion, Iranian J. Phys. Res.12,4 (2013).
 
9.              S.A. Ghasemi, A.H. Farahbod, The Role of fast ignitor in fast-shock ignition concept, Iranian J. Phys. Res.13,4 (2013).
 
10.           S.A. Ghasemi, A.H. Farahbod, Fast-Shock Ignition: A New Concept to Inertial Confinement Fusion, Bull. Am. Phys. Soc.58, 308 (2013).
 
11.           S.A. Ghasemi, A.H. Farahbod, Electron Energy Deposition in Fast-Shock Ignition, Bull. Am. Phys. Soc.59, No. 1 (2014).
 
12.           C. K. Li and R. D. Petrasso, Energy deposition of MeV electrons in compressed targets of fast-ignition inertial confinement fusion, Phys. plasmas 13, 056314, American Institute of Physics (2006).
 
13.           K. Miyamoto, Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion, published by University of Tokyo Press (2004).
 

صفحه اصلی