物理学家发现解决长期存在的惯性约束聚变黑腔驱动缺陷的关键

劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的一组研究人员在理解和解决间接驱动惯性约束聚变 (ICF) 实验中长期存在的“驱动力不足”问题方面取得了进展。这一发现可能为国家点火装置 (NIF) 聚变能实验中更准确的预测和更好的性能铺平道路。

研究小组的研究成果发表在《物理评论 E》杂志上，论文标题为“利用国家点火装置的实验了解 ICF 黑腔 X 射线通量预测的不足之处”。这项研究由物理学家 Hui Chen、Tod Woods 和 LLNL 的专家团队领导，重点研究了 NIF 激光加热黑腔中预测和测量的 X 射线通量之间的差异。

陈说：“多年来，我们投入了大量精力来查明辐射驱动力不足问题的物理原因。我们对这一发现感到兴奋，因为它有助于解决 ICF 研究领域长达十年的难题。我们的发现为提高模拟的预测能力指明了方向，这对于未来聚变实验的成功至关重要。”

在 NIF 实验中，科学家使用一种名为黑腔(hohlraum)的装置(大约相当于铅笔橡皮擦的大小)将激光能量转换为 X 射线，然后压缩燃料胶囊以实现聚变。

多年来，一直存在一个问题，即预测的 X 射线能量(驱动)高于实验中测量到的能量。这导致峰值中子产生时间或“爆炸时间”在模拟中提前了大约 400 皮秒。这种差异被称为“驱动不足”，因为建模者不得不在模拟中人为地降低激光驱动以匹配观察到的爆炸时间。

LLNL 研究人员发现，用于预测 X 射线能量的模型高估了特定能量范围内黑腔中金发射的 X 射线。通过减少该范围内的 X 射线吸收和发射，模型可以更好地再现该能量范围内和总 X 射线驱动中观察到的 X 射线通量，从而消除大部分驱动缺陷。由于某些原子过程的速率存在不确定性，因此必须进行这种减少，并指出金原子模型需要改进的地方。

通过提高辐射流体动力学代码的准确性，研究人员可以更好地预测和优化氘氚燃料胶囊在聚变实验中的性能。这一调整有助于提高模拟的准确性，使点火后 ICF 和高能量密度 (HED) 实验的设计更加准确，这对于 NIF 升级和未来设施的扩展讨论至关重要。