نویسندگان
گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه دانشگاه گیلان، رشت
چکیده
در این پژوهش، شرایط گذار از افروزش تعادلی به اشتعال غیرتعادلی به ازای ساچمه های سوخت کروی ساده به ابعاد چند mm، متشکل از لایه سوخت داخلی DT و لایه خارجی طلا، راه اندازی شده با باریکه یون سنگین Bi209 با استفاده از کد شبیه‌سازی DEIRA4 مورد مطالعه قرار گرفت. ساچمه های سوخت مفروض به دلیل افزایش کدری پلاسما، قادر به گیراندازی ذرات باردار، تابش و حتی کسری از انرژی نوترون های سریع هستند. بدین ترتیب، سوخت می تواند در چارچوب رهیافت افروزش حجمی و دمای خود- افروزشی پایین تری در حدود keV 2-1 افروخته شود. به منظور کاهش زمان محصورسازی و انرژی راه انداز، افروزش تعادلی باید به اشتعال غیرتعادلی گسترش یابد. در این راستا، تحولات سازوکارهای گرمایشی، اتلافی پلاسما و رقابت میان آنها برای رسیدن به شرایط گذار به اشتعال غیرتعادلی در چنین هدف هایی مورد بررسی قرار گرفت. در این محاسبات، تأثیر سهم انفرادی و تجمعی تمامی عوامل فیزیکی گرمایشی چون سهم ذرات آلفای حاصل از گداخت DT، گرمایش نوترونی به ازای تقریب اولین پراکندگی و واکنش های گداخت ثانویه در مقیاس بازه زمانی افروزش و اشتعال سوخت DT در نظر گرفته شده است. بر این اساس، نشان داده شد که نقش واکنشهای ثانویهای چون DD، He3D و همچنین سهم نهشت انرژی نوترون های MeV 06/14 و MeV 45/2 به ازای تقریب اولین پراکندگی، بر کاهش دمای گذار به اشتعال غیرتعادلی اثر میگذارد. دمای گذار به اشتعال غیرتعادلی در ساچمه سوخت ساده با در نظر گرفتن سهم نهشت انرژی نوترون ها نسبت به اشتعال غیرتعادلی آرمانی keV 6/3 به مقدار کمتری برابر با keV 24/3 کاهش می یابد و به نوبه خود کوچک‌تر از دمای افروزش آرمانی keV 3/4 طرح افروزش لکه داغ است. به جهت بررسی تأثیر پارامترهای راه انداز در شرایط گذار، محاسبات به ازای پیکربندی های مختلف ساچمه سوخت کروی ساده انجام شد و مشخص شد که کاهش چند برابری در مدت زمان تابش دهی باریکه و افزایش چند برابری در توان ورودی، منجر به کاهش دمای گذار در این نوع از ساچمه ها می شود.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
The requirements of transition to non-equilibrium burn in volume ignition of simple spherical targets
نویسندگان [English]
- M Rajabnejad
- S Khoshbinfar
- A Ghasemizad
چکیده [English]
In this Research, the transition from equilibrium ignition to non-equilibrium burn was studied by DEIRA4 code for simple spherical targets with the dimensions of several mm. It consisted of inner DT fuel and outer Au layers driven by the 209Bi heavy ions beam. Because of their higher plasma opacity, it was expected that they could trap much of the produced charged particles, radiation or even fast neutrons. Therefore, fuel ignited in the volume ignition regime with the low ignition temperatures of 1-2 keV. In order to decrease the confinement time and, the driver energy, the equilibrium ignition must be developed into a non-equilibrium burn phase. To get a non-equilibrium burning stage, we have examined all the important gains and losses processes, as well as competition among them. In these calculations, the individual and total contributions of all physical heating processes such as the contribution of alpha particles generated by DT fusion, neutron heating due to the first elastic scattering and the secondary fusion reactions have been considered at the ignition and burn time scale of DT fuel. It has been shown that the role of secondary DD and D3He fusion reactions as well as the first elastic scattering contribution in the energy deposition of fast 2.45 and 14.06 MeV neutrons cannot be forgotten. Transition temperature to the non-equilibrium burn phase in these targets was reduced to 3.24 keV, as compared to the ideal non-equilibrium transition temperature of 3.6 keV; it was much lower than the ideal ignition temperature of 4.3 keV. In order to investigate the effects of the driver parameters on the transition conditions, calculations were done for various configurations of simple spherical targets, showing that multiplier reduction in the pulse duration and multiplier increase in the beam power could reduce transition temperature and in such targets.
کلیدواژه‌ها [English]
- inertial confinement fusion
- volume ignition
- heavy-ion driver
- equilibrium ignition
- non-equilibrium burn
2. M J Tabatabai and A Ghasemizad, Iranian Journal of Physics Research 10 4 (2011) 359.
3. R Khoda-Bakhsh, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A330 (1993) 268.
4. S Atzeni and J Meyer-Ter-Vehn, “The Physics of Inertial Fusion, Beam Plasma Interaction, Hydrodynamics and Hot Dense Matter”, Oxford University Press (2004).
5. J M Martinez-Val, S Eliezer and M Piera, Laser and Particle Beams 12 (1994) 681.
6. M Murakami, Nuclear Fusion 37 (1997) 549.
7. R C Kirkpatrick, Nuclear Fusion 21 (1981) 1457.
8. K S Lackner, S A Colgate, N L Johnson, R C Kirkpatrick, R Menikoff and A G Petschek, 11th International Workshop on Laser Interaction and Related Plasma Phenomena (1993) 356.
9. M M Basko, Laser and Particle Beams 11 (1993) 733.
10. J W Li, L Chang, Y S Li and J H Li, Nuclear Fusion 51 (2011) 063005.
11. M M Basko, “DEIRA. A 1-D, 3-T Hydrodynamic Code for Simulating ICF Targets Driven by Fast Ion Beams, Version 4”, Institute for Theoretical and Experimental Physics, Moscow (2001).
12. G S Fraley, E J Linnebur, J R Mason and R L Morse, Physics of Fluids 17 (1974) 474.
13. J J Duderstadt and G A Moses, “Inertial Confinement Fusion”, John Wiley & Sons (1982).
14. B Nayak and S V G Menon, Laser and Particle Beams 30 (2012) 517.
15. S Eliezer, A Ravid, Z Henis, N Nissim and J M Martinez-Val, Laser and Particle Beams 34 (2016) 343.
16. S Kawata, T Karino and A I Ogoyski, Matter and Radiation at Extremes 1 (2016) 89.
17. R B Miller, “An Introduction to the Physics of Intense Charged Particle Beams”, Plenum Press, New York (1982).
18. N A Tahir and K A Long, Physics of Fluids 29 (1986) 1282.
19. R C Arnold and J Meyer-ter-Vehn, Report Progress in Physics 50 (1987) 559.
20. A Parvazian and J Jafari, Iranian Journal of Physics Research 3 2 (2002) 89.
21. S Hasani, B Kaleji, and S Khoshbinfar, Iranian Journal of Physics Research 17 5 (2018) 761.
22. M Sefareshi, M. Sc Thesis, University of Guilan (2017).
23. S Eliezer, Z Henis, J M Martinez-Val and M Piera, Physics Letters A 243 (1998) 311.
24. J R Lamarsh, “Introduction to Nuclear Reactor Theory”, Addison-Wesley Publishing Company (1972).
25. R Ramis and J Meyer-Ter-Vehn, Laser and Particle Beams 32 (2014) 41
)