نویسندگان

• اکبر پروازیان
• امیر جاوانی

دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

اشتعال سریع یکی از روش‌های همجوشی لختی ICF)) است که درآن مراحل تراکم و اشتعال از یکدیگرجدا شده است. دراین روش انرژی دهی در دو مرحله صورت می‌گیرد. اول فرآیند فشرده سازی ساچمه‌های دوتریوم-تریتیم (D-T) توسط لیزر و پرتوهای یونی(مرحله تراکم)، دوم باریکه پرتو پر انرژی از یک نقطه برای ایجاد اشتعال و جرقه احتراق به ساچمه سوخت وارد می‌گردد (مرحله اشتعال). بعد از تراکم سوخت درون ساچمه در مرحله دوم، باریکه‌ای از لیزر با توان پتاوات را از طریق روزنه ایجاد شده درساچمه، به صفحه فلزی که درانتهای روزنه تعبیه شده است می‌تابانند. در اثر برهم‌کنش لیزر با فلز، الکترون‌های نسبیتی با انرژی چندین مگا الکترون ولت در داخل ساچمه تولید می‌شوند. سپس الکترون‌ها به سرعت درون سوخت فوق چگال نفوذ می‌کنند و با جایگذاری انرژی خود در ناحیه کوچکی از ساچمه، باعث گرم شدن آن تا دمای 10 KeV می‌شوندکه این گرما باعث اشتعال در ساچمه می‌گردد. در روش اشتعال سریع می‌توان در فاز دوم، پروتون‌های با انرژی MeV 5-35 تولیدکردکه انرژی خود را در ساچمه به جای می‌گذارند و باعث اشتعال می‌شوند. همچنین در سال‌های اخیر به جای محفظه کروی سوخت، طرح‌های استوانه‌ای شکل با کنترل مغناطیسی در ناحیه پلاسما مورد توجه قرارگرفته است. در این مقاله، بهره همجوشی هسته‌ای در ساچمه استوانه‌ای به روش اشتعال سریع در حضور میدان‌های مغناطیسی 0.25 و 0.5 تسلا در دو حالت مرکز داغ با یک برش و دوبرش محاسبه شده است. همچنین آهنگ انتقال انرژی الکترون‌های نسبیتی و پروتون‌های پر انرژی در داخل ساچمه با استفاده ازکدهای محاسباتی MCNPX و FLUKA محاسبه شده است. محاسبات نشان می‌دهد که با اعمال میدان مغناطیسی خارجی در ساچمه استوانه‌ای، بهره انرژی همجوشی برای الکترون‌ها تا 24 درصد و برای پروتون‌ها تا 13 درصد افزایش می‌یابد. همچنین تأثیر میدان مغناطیسی بر آهنگ انتقال انرژی الکترون‌ها بیشتر می‌باشد و لذا اشتعال توسط الکترون‌های نسبیتی دارای بازده بالاتری نسبت به پروتون می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

• همجوشی
• ساچمه
• روش لختی
• اشتعال سریع
• بهره انرژی

عنوان مقاله [English]

Calculation of fusion gain in fast ignition with magnetic target by relativistic electrons and protons

نویسندگان [English]

• A Parvazian
• A Javani

چکیده [English]

Fast ignition is a new method for inertial confinement fusion (ICF) in which the compression and ignition steps are separated. In the first stage, fuel is compressed by laser or ion beams. In the second phase, relativistic electrons are generated by pettawat laser in the fuel. Also, in the second phase 5-35 MeV protons can be generated in the fuel. Electrons or protons can penetrate in to the ultra-dense fuel and deposit their energy in the fuel . More recently, cylindrical rather than spherical fuel chambers with magnetic control in the plasma domain have been also considered. This is called magnetized target fusion (MTF). Magnetic field has effects on relativistic electrons energy deposition rate in fuel. In this work, fast ignition method in cylindrical fuel chambers is investigated and transportation of the relativistic electrons and protons is calculated using MCNPX and FLUKA codes with 0. 25 and 0. 5 tesla magnetic field in single and dual hot spot. Furthermore, the transfer rate of relativistic electrons and high energy protons to the fuel and fusion gain are calculated. The results show that the presence of external magnetic field guarantees higher fusion gain, and relativistic electrons are much more appropriate objects for ignition. MTF in dual hot spot can be considered as an appropriate substitution for the current ICF techniques.

کلیدواژه‌ها [English]

• fusion
• pellet
• inertial method
• fast ignition
• fusion gain