مطالعه دینامیک افروزش و اشتعال هدف گداخت لختی با لایه کَندگی الماس با استفاده از کد هیدرودینامیکی MULTI-IFE

حسینی, سیده مبینا; خان بابائی, بابک

doi:10.24200/nst.2022.1344

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فیزیک، دانشگاه دامغان، صندوق پستی: 41167-36716، دامغان، ایران

https://doi.org/10.24200/nst.2022.1344

چکیده

افروزش مرکزی یکی از ایده‌های اصلی گداخت محصورشدگی لختی است و در آن هدف تحت تابش متقارن و یکنواخت باریکه‌های لیزری قرار می‌گیرد. مطالعه طراحی لایه‌های هدف، با استفاده از کدهای هیدرودینامیکی، در بهبود عملکرد هدف و بهره سوخت از اهمیت زیادی برخوردار است. از این‌رو در پژوهش حاضر، بهینه‌سازی یک هدف کروی دلخواه با لایه کَندگی پلی‌استیرن با استفاده از کد هیدرودینامیکی MULTI-IFE مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به خواص فیزیکی قابل‌توجه الماس، از آن برای بهینه‌سازی لایه کَندگی استفاده شده است. این هدف تحت تابش باریکه‌های متقارن لیزر با انرژی کل MJ 7_/1 و بیشینه توان حدودی TW 600 قرار گرفت. محاسبات نشان داد که ضخامت بهینه الماس حدود mm 18 است. استفاده از لایه کَندگی الماس سبب می‌شود که انرژی لیزر جذب شده در سطح هدف حدود 16% افزایش یابد. افزایش انرژی جذب شده منجر به افزایش حدود 4% بیشینه دمای یون‌ها شده و در نتیجه کسر مصرف سوخت حدود 1% افزایش می‌یابد. در نهایت بهره سوخت افزایش حدود 9% را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.17351871.1401.43.1.2.5

عنوان مقاله [English]

Study of ignition and burn dynamics of inertial fusion target with diamond ablator using MULTI-IFE hydrodynamic code

نویسندگان [English]

S.M. Hosseini,
B. Khanbabaei

Department of Physics, Damghan University, P.O. Box: 36716-41167, Damghan - Iran

چکیده [English]

Central ignition is one of the main ideas of inertial confinement fusion in which the target is irradiated symmetrically and uniformly by laser beams. The study of target layer design using hydrodynamic codes is very important in improving target performance and fuel gain. Therefore, in the present study, we investigated the optimization of a typical spherical target with a polystyrene ablator by using MULTI-IFE hydrodynamic code. Considering the remarkable physical properties of diamond, it has been used to optimize the ablator layer. This target was irradiated with symmetrical laser beams with 1.7 MJ total pulse energy and peak power of about 600 TW. The results show that the optimal thickness of the diamond is about 18 mm. A diamond ablator increases the absorbed laser energy at the target surface by about 16%. Increasing the absorbed energy leads to an increase of about 4% in the maximum temperature of the ions, and as a result, the fuel burn fraction increases by about 1%. Eventually, fuel gain increases by about 9%.

کلیدواژه‌ها [English]

Inertial confinement fusion
Central ignition
MULTI-IFE hydrodynamic code
Diamond ablator

مراجع

1. H. Hora, New aspects for fusion energy using inertial confinement, Laser Part. Beams, 25, 37 (2007).

2. R.L. McCrory, et al., Progress in direct-drive inertial confinement fusion, Phys. Plasmas, 15, 055503 (2008).

3. J. Lindl, Development of the indirect‐drive approach to inertial confinement fusion and the target physics basis for ignition and gain, Phys. Plasmas, 2, 3933 (1995).

4. V.N. Goncharov, Improved performance of direct-drive inertial confinement fusion target designs with adiabat shaping using an intensity picket, Phys. Plasmas, 10, 1906 (2003).

5. J. Breil, et al., Multi-material ALE computation in inertial confinement fusion code CHIC, Comput. Fluids, 46, 161 (2011).

6. S. Weber, et al., A transport simulation code for inertial confinement fusion relevant laser–plasma interaction, Comput. Phys. Commun, 168, 141 (2005).

7. R.W. Paddock, et al, One-dimensional hydrodynamic simulations of low convergence ratio direct-drive inertial confinement fusion implosions, Philos. T. Roy. Soc. A. 379, 20200224 (2020).

8. R. Ramis, J. Meyer-ter-Vehn, MULTI-IFE—A one-dimensional computer code for Inertial Fusion Energy (IFE) target simulations, Comput. Phys. Commun, 203, 226 (2016).

9. J. Biener, Diamond ablators for inertial confinement fusion, Fusion Sci. Technol, 49, 737 (2006).

10. J. Biener, et al., Diamond spheres for inertial confinement fusion, Nucl. Fusion, 49, 112001 (2009).

11. L.B. Hopkins, et al., Increasing stagnation pressure and thermonuclear performance of inertial confinement fusion capsules by the introduction of a high-Z dopant, Phys. Plasmas, 25, 080706 (2018).

12. K.D. Meaney, et al, Improved inertial confinement fusion gamma reaction history 12C gamma-ray signal by direct subtraction, Phys. Plasmas, 90, 113503 (2019).

13. A.J. MacKinnon, High-density carbon ablator experiments on the National Ignition Facility, Phys. Plasmas, 21, 056318 (2014).

14. M. Najjar, B. Khanbabaei, Effects of carbon impurity on the ignition of deuterium-tritium targets under the relativistic shock waves, Phys. Plasmas, 26, 032709 (2019).

15. Heather D. Whitley, et al., Comparison of ablators for the polar direct drive exploding pusher platform, arXiv: 2006. 15635 [physics.comp-ph] (2020).

16. R. Ramis, R. Schmalz, J. Meyer-ter-vehn, Multi- a computer code for one- dimensional multigroup radiation hydrodynamics, Comput. Phys. Commun. 49, 475 (1988).

17. R. Ramis, et al., MULTI-fs–A computer code for laser–plasma interaction in the femtosecond regime, Comput. Phys. Commun, 183, 637 (2012).

18. R. Ramis, One-dimensional Lagrangian implicit hydrodynamic algorithm for Inertial Confinement Fusion applications, J. Comput. Phys, 330, 173 (2017).

19. R.L. McCrory, C.P. Verdon, Inertial Confinement Fusion, Proceedings of the Course and Workshop, (Eds. Caruso and E. Sindoni, 1988), 83-123 (1988).

20. S. Atzeni, J. Meyer-ter-Vehn, The physics of inertial fusion, 1st ed. (Claredon Press, Oxford, 2004).

21. S. Pfalzner, An Introduction to Inertial Confinement Fusion, (CRC Press, Taylor & Francis, 2006).

22. A. Simon, et al, On the inhomogeneous two‐plasmon instability, Phys. Fluids, 26, 3107 (1983).

23. D.T. Michel, et al, Experimental Validation of the Two-Plasmon-Decay Common-Wave Process, Phys. Rev. Lett. 109, 155007 (2012).

24. R.S. Craxton, Direct-drive inertial confinement fusion: A review, Phys Plasmas, 22, 110501 (2015).

25. V.N. Goncharov, Improving the hot-spot pressure and demonstrating ignition hydrodynamic equivalence in cryogenic deuterium–tritium implosions on OMEGA, Phys. Plasmas, 21, 056315 (2014)

مجله علوم و فنون هسته ای

مطالعه دینامیک افروزش و اشتعال هدف گداخت لختی با لایه کَندگی الماس با استفاده از کد هیدرودینامیکی MULTI-IFE

مراجع

مراجع

دوره 43، شماره 1 - شماره پیاپی 99
فروردین 1401
صفحه 10-18

مطالعه دینامیک افروزش و اشتعال هدف گداخت لختی با لایه کَندگی الماس با استفاده از کد هیدرودینامیکی MULTI-IFE

مراجع

مراجع

دوره 43، شماره 1 - شماره پیاپی 99فروردین 1401صفحه 10-18

دوره 43، شماره 1 - شماره پیاپی 99
فروردین 1401
صفحه 10-18