核聚变第三章4.ppt

推进层是浸渍了高Z物质的塑料（TaCOH），它对电子有较强的阻止本领。 最里面悬浮着一个含有D-T燃料的小的金包囊，这就是中央点火器或“火花塞”。 在外推进层和内推进层之间用真空、充气或填充泡沫塑料隔开。 激光聚变靶丸 这种靶丸的聚爆动力学为： 激光在LiH消融层中被吸收，将外推进层和外燃料层向中心聚爆，并将点火器压缩、加热到点火条件。点火器外面的金包层，能阻止激光产生的超热电子和外燃料层中产生的X射线，从而降低中心点火器的点火温度。点火器燃烧后，燃烧波再进一步加热已挤压在其周围的外层D-T燃料。 优点： 这种有双层推进器且有中心点火器的靶丸，将大大改善其聚爆性能，有中心点火器就允许初始冲击波的速度低一些，壳层间的速度倍增又允许外壳以较低的速度聚爆。这种靶丸将使激光能得到高效的利用和产生很高的增益。 这种靶丸的问题： ①外层燃料和点火器的金包壳在聚爆过程中可能会发生混合； ②多壳层靶的制造在技术上很复杂：各壳层要求均匀、同心，壳层间的支撑（采用薄片或辐条）要考虑流体力学不稳定性的要求，表面抛光、中心点火器的金包囊悬浮等，都有很高的技术难度。 （2）离子束靶丸 靶壳是由Pb组成的护持层，一个低密的塑料（TaCOH）推进器（消融器）和一层冻结的D-T燃料层相邻，以减少推进层和燃料层之间的密度差，靶的纵横比是10。 聚爆过程为： 驱动粒子束打在靶上，由于离子能量沉积存在Bragg峰，它们将被Pb护持层和TaCOH推进器所阻止。 Pb壳的作用是作惯性缓冲以改进聚爆效率。 推进器驱动燃料向中心聚爆，大部分燃料基本上沿着等熵线压缩。燃料内缘最初降压进入中空部分直至达到中心，接着它被反射回来与大部分燃料碰撞再被反射回中心。 多次反射结果将燃料内层（只占全部燃料的一小部分）等熵压缩，然后全部燃料被压缩直至中央部分点火。 优点： 结构简单，比多壳靶易于生产； 低密度推进器可以更好的抑制流体力学不稳定性，从而改善推进器和燃料的混合问题； 由于粒子束的能量转换效率较高（约25%），以几MJ的输入能，得到约100倍的能量增益是相当不错的。 为达到同样的射程，较重的离子必须有较高的输入能。 3、黑洞靶（空腔靶） 由来： 对于直接驱动方式，即驱动束直接辐照在靶丸表面引起靶壳烧蚀消融产生聚爆压缩，这种驱动方式驱动束的能量利用效率低，难以得到很高的压缩比。 直接驱动对束流辐照的对称性和均匀性要求很高，这在技术上有很多困难，于是出现了间接驱动方式。 具有双壳层的靶球，在靶球的外壳上开几个孔，驱动束从小孔中打入球内，内球中封装DT燃料。 工作原理为： 当驱动束（如激光）通过外壳上的小孔打入球内后，首先在外壳的内壁上被吸收，产生X光和等离子体。这些X射线和等离子体由于受到黑洞结构的约束，充满了内外球之间的空间。 它们在两个球面之间不断遭到反射并与腔壁作用，其中有一部分通过入射孔逃逸出去。X光和等离子体与腔壁的作用最终导致内球的聚爆，同时腔内形成一个由内向外传播的冲击波，当该冲击波传播到腔的外壁时，黑洞靶即告解体。 优点： 辐照的均匀性极好、聚爆效率高，而且对激光的波长和波形都不很灵敏。由于X光辐照在腔内多次来回反射，内球均匀地沐浴在辐射能之中，避免了激光直接辐照靶丸中的各种不均匀因素对聚爆的影响，这对产生对称的向心压缩极为有利。 因此，使用黑洞靶，可以不必均匀地配置束流即可达到对称聚爆的目的。 问题： a）如何提高激光的利用率，应该把握“堵口”和“堵腔”的规律，与入射孔的大小、靶丸的材料、靶丸的结构、入射激光的功率密度和脉宽等都有密切的关系。 b）外球壳内表面物质的性质将决定产物的性质。为了获得高能量吸收率，必须设法提高激光—X光的转换系数，这一规律还在研究中。初步认为，采用高Z物质做吸收物质可提高这个转换系数。 * 纵横比：球壳半径与壁厚之比 * 惯性约束聚变 Inertial Confinement Fusion 靶丸的设计与生产 一、靶丸设计的一般要求 ICF靶丸的设计是一项极其复杂和困难的任务，目前ICF靶丸的设计有两大类型： 一类叫直接驱动型，有较长的发展历史并有大量的文献报道； 另一类叫间接驱动型，因与核武器设计有关，处于保密状态。 虽然靶丸设计因实验目的不同而有所差异，但一般来说，对惯性约束聚变靶丸要求如下： （1）其中必须含有毫克级的D-T燃料，以保证产生足够的核聚变反应。这些靶丸聚变爆炸产生的冲击波的破坏作用有限，完全在可控的范围内。 （2）靶丸要有合适的大小，直径大约在毫米量级。由于驱动束的能量限制，靶丸不能太大，靶丸越大需要的驱动束的能量越高。由于束流聚焦的限制，靶丸不能太小，若靶丸很小，而束流焦斑比较大时，