بررسی مشخصه‌های باریکه‌ی الکترون تولید شده در برهم‌کنش تپ افروزنده با هدف فشرده شده در رهیافت افروزش شوکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده‌ی‌ پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 836-14395، تهران ـ ایران

2 گروه فیزیک هسته‌ای، دانشکده فیزیک، دانشگاه تبریز، صندوق پستی: 163-51665، تبریز ـ ایران

چکیده

پارامترهای تپ لیزر افروزنده در افروزش شوکی در مرز برانگیختگی ناپایداری‎های لیزر- پلاسما و در نتیجه تولید الکترون‎های سریع قرار دارد. با توجه به طیف انرژی الکترون‎های تولید شده و نیز چگالی سوخت فشرده شده، این الکترون‎ها می‎توانند سبب پیش‌گرمایش سوخت و یا افزایش دامنه-ی موج ضربه شوند. در این مقاله ابتدا پارامترهای هیدرودینامیکی هدف، پیش از اعمال تپ ضربه با استفاده از کد هیدرودینامیکی- تابشی در یک بعد محاسبه و سپس توزیع انرژی باریکه‌ی الکترون در برهم‎کنش تپ لیزر به شدت 2-W cm 1016 با سوخت فشرده شده بررسی شد. در به دست آوردن پارامترهای چگالی و دمای سوخت فشرده شده شبیه‌سازی سیالی و به منظور بررسی برهم‎کنش تپ افروزنده با پلاسما، رهیافت جنبشی به کار گرفته شد. با در نظر گرفتن شرایط واقعی پلاسما در لحظه‌ی فشردگی بیشینه‌ی سوخت، نتیجه‌های حاصل از شبیه‎سازی ذره‎ای پلاسما با مقیاس بلند، غیرهمگن و دمای بالا، توزیع دو دمایی جمعیت الکترون را نشان می‌دهد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Characterization of electron beam generated in ignitor-plasma interaction of shock ignition concept

نویسندگان [English]

  • Somayeh Rezaei 1
  • Amirhossein Farahbod 1
  • Mohammadjafar Jafari 1
  • Samad Sobhanian 2
چکیده [English]

Generally, laser ignitior parameters in shock ignition concept are above the threshold for laser-plasma instability and therefore are prompting the generation of fast electrons. Depending on the electron energy spectrum and compressed fuel density, the electrons can cause fuel preheating or increase the shock wave amplitude. In this paper, first, the target hydrodynamic parameters are calculated before driving ignitor pulse. Then, electron energy spectrum in the interaction of ignitor with plasma for laser intensity of 1016 Wcm-2 is considered. For density and temperature profiles of the compressed fuel, fluid approach and to evaluate ignitor pulse interaction with plasma, the kinetic approach are adopted. Considering the actual situation of the plasma at the moment of maximum compression, PIC simulations of high-scale, high-temperature and non-homogeneous plasma show bi-Maxwellian electron distribution.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shock ignition
  • Laser-plasma Interaction
  • Fast electrons
  • Hydrodynamic simulation
  • PIC simulation


[1] http://www.britannica.com/EBchecked/topic/ 421667/nuclear-fusion/48320/History-of-fusion-energy-research.

[2] J. Nuckolls, L. Wood, Laser Compression of Matter to Super-High Densities: Thermonuclear (CTR). Nature, 239 (1972) 139.

[3] M. Tabak, J. Hammer, M.E. Glinsky, W.L. Kruer, S.C. Wilks, J. Woodworth, M. Campbell, M.D. Perry, Ignition and high gain with ultrapowerful lasers. Physics of Plasmas (1994-present), 1(5) (1994) 1626-1634.

[4] M. Murakami, H. Nagatomo, H. Azechi, F. Ogando, M. Perlado, and S. Eliezer, Innovative ignition scheme for ICF—impact fast ignition, Nuclear fusion, 46(1) (2005) 99.

[5] R. Betti, C.D. Zhou, K.S. Anderson, L.J. Perkins, W. Theobald, A.A. Solodov, Shock ignition of thermonuclear fuel with high areal density, Physical review letters, 98(15) (2007) 155001.

[6] S. Atzeni, Inertial fusion fast ignitor: Igniting pulse parameter window vs the penetration depth of the heating particles and the density of the precompressed fuel, Physics of plasmas, 6 (1999) 3316.

[7] M. Lafon, X. Ribeyre, G. Schurtz, Gain curves and hydrodynamic modeling for shock ignition, Physics of Plasmas, 17 (2010) 052704.

[8] S. Atzeni, 2-D Lagrangian studies of symmetry and stability of laser fusion targets, Computer Physics Communications, 43(1) (1986) 107-124.

[9] D. Batani, Experimental results on advanced inertial fusion schemes obtained within the HiPER NUKLEONIKA, 57(1) (2012) 3−10.

[10] S. Atzeni, A. Marocchino, A. Schiavi, G. Schurtz, Energy and wavelength scaling of shock-ignited inertial fusion targets, New Journal of Physics, 15(4) (2013) 045004.

[11] X. Ribeyre, M. Lafon, G. Schurtz, M. Olazabal-Loum´e, J. Breil, S. Galera, S. Weber, Shock ignition: modelling and target design robustness, Plasma Physics and Controlled Fusion, 51(12) (2009) 124030.
[12] S. Atzeni, A. Schiavi, A. Marocchino, Studies on the robustness of shock-ignited laser fusion targets, Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(3) (2011) 035010.

[13] M. Lafon, X. Ribeyre, G. Schurtz, Optimal conditions for shock ignition of scaled cryogenic deuterium–tritium targets, Physics of Plasmas, 20 (2013) 022708.

[14] D. Batani, S. Baton, A. Casner, S. Depierreux, M. Hohenberger, O. Klimo, M. Koenig, C. Labaune, X. Ribeyre, C. Rousseaux, G. Schurtz, W. Theobald, V.T. Tikhonchuk, Physics issues for shock ignition, Nuclear Fusion, 54(5) (2014) 054009.

[15] S. Atzeni, X. Ribeyre, G. Schurtz, A.J. Schmitt, B. Canaud, R. Betti, L.J. Perkins, Shock ignitionof thermonuclear fuel: principles and modelling, Nuclear Fusion, 54(5) (2014) 054008.

[16] R. Betti, W. Theobald, C.D. Zhou, K.S. Anderson, P.W. McKenty, S. Skupsky, D. Shvarts, V.N. Goncharov, L.A. Delettrez, P.B. Radha, T.C. Sangster, C. Stoeckl, D.D. Meyerhofer, Shock ignition of thermonuclear fuel with high areal densities, in Journal of Physics: Conference Series, IOP Publishing, (2008).

[17] O. Klimo, V.T. Tikhonchuk, X. Ribeyre, G. Schurtz, C. Riconda, S. Weber, J. Limpouch, Laser plasma interaction studies in the context of shock ignitionâ€, Transition from collisional to collisionless absorption, Physics of Plasmas, 18 (2011) 082709.

[18] R. Ramis, J. Meyer-ter-Vehn, J. Ramírez, MULTI2D–a computer code for two-dimensional radiation hydrodynamics, Computer Physics Communications, 180(6) (2009) 977-994.

[19] C. Benedetti, A. Sgattoni, G. Turchetti, P. Londrillo, A High-Accuracy PIC Code for the Maxwell–Vlasov Equations, Plasma Science, IEEE Transactions on, 36(4) (2008) 1790-1798.

[20] S. Atzeni, A. Schiavi, C. Bellei, Targets for direct-drive fast ignition at total laser energy of 200–400 kJ., Physics of plasmas, 14 (2007) 052702.

[21] M.J. Jafari, A.H. Farahbood, S. Rezaei, Effect of ignitor time behavior on performance of shock ignition scheme, Journal of Nuclear Science and Technology, 72(3) (2015) 81-86.