激光等离子不稳定性改善聚变实验的预测模型

发布时间: 2019-12-10 14:44:18   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

  美国罗切斯特大学的最新研究可用于提高激光驱动聚爆模拟的计算机模型的准确性。该大学的激光能量学实验室(LLE)的研究人员,以及劳伦斯•利弗莫尔国家实验室和国立中央科学研究所的同事,已经证明了激光束在穿过等离子体时如何改变它们的状态,从而影响了等离子体的状况以及聚变实验中的能量转移。在激光驱动的惯性约束聚变(ICF)实验中,由强光脉冲组成的短光束用于加热和压缩氢燃料电池。在理想情况下,这个过程释放的能量远高于加热系统提供的能量

  激光驱动的ICF实验要求许多激光束通过自由移动的电子和离子的等离子体传播,以将其辐射能量能精确地沉积在其预期目标上。然而实际上,当光束移动通过等离子体时,激光束与等离子体的相互作用会使结果异常复杂化。为了准确地模拟激光-等离子体相互作用,科学家需要确切地知道来自激光束的能量如何与等离子体相互作用。尽管研究人员提供了有关激光束改变等离子体方式的理论,但都未得到实验证实。罗切斯特小组进行了实验,对激光加热的等离子体进行了非常详细的测量。结果表明,等离子体中电子能量的分布受能量与激光辐射的相互作用影响,无法再用现行模型准确地描述。

 

  这项新的研究表明,激光-等离子体相互作用强烈地改变了能量的传递。 LLE科学家戴维•特恩布尔(David Turnbull)表示,目前正在开发能够更好地说明潜在等离子体状况的新型在线模型,这将提高集成内爆模拟的预测能力。在过去的十年中,研究人员使用了计算机模型,这些模型通常假定来自激光束的能量以一种称为麦克斯韦分布的平衡类型进行相互作用,这种平衡在没有激光的情况下会在交换中产生。

  科学家预测将近40年前,激光会改变潜在的等离子体条件。 1980年,由于激光束优先加热慢速电子,提出了一种理论,预测了激光等离子体中的这些非麦克斯韦分布函数。在随后的几年中,科学家预测,这些非麦克斯韦电子分布函数的作用将改变光束之间激光能量的传输方式。但是由于缺乏实验证据来验证这一预测,研究人员并未在模拟实验中对其进行解释。考虑非麦克斯韦电子分布函数的模型可以提高交叉束能量传递建模的预测能力,并在受非麦克斯韦电子分布函数影响的其他区域(例如激光吸收,热传递和x-射线光谱学)。

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