نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه آموزش فیزیک، دانشگاه فرهنگیان، صندوق پستی 889-14655، تهران ایران
2 گروه فیزیک هسته‌ای، دانشکده علوم پایه، دانشگاه مازندران، صندوق پستی 416-47415، بابلسر، ایران
چکیده
در این مقاله تأثیر ناهمسانگردی دمایی را بر شرایط اشتعال سوخت دوتریوم-تریتیوم در طرح‌های همجوشی اشتعال سریع برپایۀ امواج ضربه‌ای تولید شده توسط لیزرهای تپ کوتاه، بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش پارامتر ناهمسانگردی دمایی، ∥β=T⊥/T، به طور غیرمنتظره‌ای کسر ذرات آلفا ایجاد شده و ته‌نهشت انرژی در حوزۀ اشتعال را افزایش می‌دهد. حداکثر پارامتر محصور شدن کمتر از g/cm2 4 است، در حالی که برای β>1، حداکثر پارامتر محصور شدن بیش از g/cm2 4 است. کسر انرژی همجوشی در طول تابش دهی تپ لیزر بر سوخت (1 پیکوثانیه) کاهش می‌یابد. با افزایش پارامتر ناهمسانگردی دمایی با ضریب 100، مقدار چگالی پلاسما درابعاد لکۀ داغ مورد نیاز اشتعال سوخت را می توان تا 38 درصد افزایش داد. برای β کمتر از 1، کسر انرژی همجوشی رسوب‌شده با زمان کاهش می‌یابد و به حداقل مقدار خود در حدود 1/0 در انتهای تپ لیزر می‌رسد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
The role of the temperature anisotropy in the deuterium-tritium fuel ignition under the effect of relativistic shock waves
نویسندگان [English]
- Fatemeh Khodadadi Azadboni 1
- Elham Khademloo 2
- Mohammad Mahdavi 2
1 Department of Physics Education, Farhangian University, P.O. Box 14665-889, Tehran, Iran
2 Department of Nuclear Physics, Faculty of Basic Sciences, University of Mazandaran, P.O. Box 47415-416, Babolsar, Iran
چکیده [English]
This paper investigates the influence of temperature anisotropy on the ignition criterion of deuterium-tritium fuel in fast ignition fusion schemes that rely on short-pulse lasers-generated shock waves. The results show that increasing the temperature anisotropy parameter, β = T⊥/T∥, unexpectedly increases the fraction of alpha particles created and deposited into the ignition domain. For β < 1, the maximum confinement parameter remains below 4 g/cm2, whereas for β > 1, it exceeds 4 g/cm2. The fusion energy fraction, fα, decreases throughout the laser pulse irradiation of the fuel (1 picosecond). A 100-fold increase in the temperature anisotropy parameter, β, leads to a 38% increase in the required plasma density times the hot spot dimension for fuel ignition. However, for β less than 1, the fusion energy fraction deposited decreases with time and reaches its minimum value of about 0.1 at the end of the laser pulse.
کلیدواژه‌ها [English]
- deuterium-tritium fuel
- fast ignition
- ignition criterion
- temperature anisotropy
- A A Harms, K F Schoepf, and D R Kingdon, “Principles of fusion energy: an introduction to fusion energy for students of science and engineering”, World Scientific (2000),.
- M Temporal, B Canaud, V Brandon, and R Ramis, Phys. J. D 73 (2019) 1.
- S Eliezer, Z Henis, N Nissim, S V Pinhasi, and J M M Val, Laser and Particle Beams 33 (2015) 577.
- S S Razavipour and B Malekynia, Indian J. Phys. 87 (2013) 1109.
- O Kamboj, H S Ghotra, V Thakur, J Pasley, and N Kant, The European Physical Journal Plus 136 (2021) 1.
- M Tabak, J Hammer, M E Glinsky, W L Kruer, S C Wilks, J Woodworth, E M Campbell, M D Perry, and R J Mason, Physics of Plasmas 1 (1994) 1626 .
- D X Liu, W Hong, L Q Shan, S C Wu, and Y Q Gu, Plasma Physics and Controlled Fusion 53 (2011) 035022.
- M Temporal, B Canaud, W Cayzac, and R Ramis, Phys. J. D 75 (2021) 1.
- S Pfalzner, “An introduction to inertial confinement fusion”, CRC Press (2006).
- M Mahdavi and F Khodadadi Azadboni, Journal of Fusion Energy 31 (2012) 396.
- V A Burtsev, S Yu Gus' kov, V B Rozanov, D V Il'In, A A Levkovsky, V E Sherman, Yu N Starbunov, and N V Zmitrenko., Laser and Part. Beams 11 (1993) 669.
- S Atzeni and J Meyer-ter-Vehn, “The physics of inertial fusion: beam plasma interaction, hydrodynamics, hot dense matter” OUP Oxford, Vol. 125 (2004).
- E S Weibel, Physical Review Letters 2 (1959) 83.
- M Mahdavi and F Khodadadi Azadboni, Journal of Fusion Energy 35 (2016) 154.
- L A Cottrill, A B Langdon, B F Lasinski, S M Lund, K Molvig, M Tabak, R P J Town, and E A Williams, Physical Review E 15 , 3 (2008) 082108 .
- K M Schoeffler, L O Silva, Physical Review Research 2 (2020) 033233.
- C Davidson, Z M Sheng, T Wilson, and P McKenna, Journal of Plasma Physics 88 (2022) 1.
- C Zhang, J Hua, Y Wu, Y Fang, Y Ma, T Zhang, and C Joshi, Physical Review Letters 125 (2020) 255001.
- Pokhotelov, Oleg A, et al., Journal of Geophysical Research: Space Physics 107.A10 (2002): SMP-18.
- R Fitzpatrick, “Plasma physics: an introduction”, CRC Press (2022).
- M Mahdavi, and F Khodadadi Azadboni, Physics of Plasmas 20 (2013) 122708.
- M Takamoto, Y Matsumoto, and T N Kato, The Astrophysical Journal Letters 860 (2018) L1.
- T Jikei and T Amano, Physics of Plasmas 29 (2022) 022102.
- R F Post, Fusion technology 35 (1999) 40.
- L Nicolas, “Effects of collisions on the magnetic streaming instability”; Doctoral dissertation, Paris (2017).
- M Iwamoto, T Amano, M Hoshino, and Y Matsumoto, The Astrophysical Journal 858 (2018) 93.
- A Sid, A Ghezal, A Soudani, and M Bekhouche, Plasma and Fusion Research 5 (2010) 007.
- A Bret, The Astrophysical Journal 699 (2009) 990.
- F B Marcus, “Inertial Fusion and Magnetic Fast Pulsed Systems” Systems Approaches to Nuclear Fusion Reactors. Cham: Springer International Publishing, (2023).
- R Jung, “Laser-plasma interaction with ultra-short laser pulses” VDM-Verlag Dr. M ller (2008).
- B Du, H B Cai, W S Zhang, J M Tian, E H Zhang, S Y Zou, and S P Zhu, Plasma Physics and Controlled Fusion 62 (2019) 025017.
)