科学家对未来激光聚变能反应堆设计的探索有了关键发现-- 迪族网

科学家对未来激光聚变能反应堆设计的探索有了关键发现

来源：cnBeta 　2022-11-29 15:30:54

根据劳伦斯-利弗莫尔国家实验室（LLNL）的科学家们的新发现，离子在聚变反应中的行为与之前的预期不同。这一发现为未来激光聚变能源的设计提供了关键性的见解。题为"燃烧等离子体中超热离子分布的证据"的研究结果在11月14日出版的《自然-物理》杂志上发表了一篇新论文。

这项工作显示，对高产燃烧和点燃惯性约束核聚变实验（ICF）的中子能量测量显示，对于处于热平衡状态的氘-氚（D-T）等离子体，产生了高于预期的平均中子能量。

【资料图】

"这意味着正在进行核聚变的离子在最高性能的射击中拥有比预期更多的能量，这是用于模拟ICF内爆的普通辐射流体力学代码所不能预测的--或者说能够预测的，"LLNL物理学家和论文的主要作者Alastair Moore说。

虽然研究人员没有清楚地了解是什么驱动了这一观察，但它是对正在进行核聚变的离子的最直接测量之一，并且没有被用于了解如何改进ICF内爆和实现实验室产生一个强大和可靠的点火平台的任务的模拟所捕获。

Moore解释说，论文中描述的测量有点像多普勒频移，导致当一辆紧急车辆开着警笛经过时听到的音调变化。

"在国家点火设施（NIF）内爆中，如果氘和氚离子在聚变反应发生时向探测器移动，我们就会观察到来自反应的更高能量-或"音调"-的中子，"Moore说。"这使我们能够诊断出驱动和胶囊对称性中的重要不平衡，这可能导致内爆性能不佳，因为一些探测器测量的平均中子能量比其他的高。"

这也为研究人员提供了一个了解等离子体有多热的窗口。对于一个更热的等离子体，离子在各个方向上的平均运动速度都更快，因此氘和氚离子以更高的速度碰撞，而这一额外的能量被反应释放的中子和α粒子所分享。

"这意味着所有的探测器都测量到一个较高的平均中子速度；因为它在所有的探测器中都能看到，我们称它为各向同性的速度，但它实际上是对氘和氚离子碰撞时可用的额外能量的测量，"Moore说。"正因为如此，它是对正在进行聚变的离子的直接测量。"对于一个热等离子体来说，这种额外的能量如何随着温度的增加而变化，这之间存在着一种固定的关系。

"这个结果的迷人之处在于，我们发现对于DT反应来说，NIF内爆一旦开始燃烧和点燃，就会超过这个关系，表明离子的能量超过了基于我们测量的等离子体温度的预期，这使我们产生了超热这个术语，"Moore说。

这项研究的观察建立在NIF核诊断团队许多人在过去5-10年的工作上。主要是通过使用NIF上的五个中子飞行时间光谱仪进行最先进的、高精度的测量而实现的。

新的切伦科夫nToF探测器技术的创造意味着研究人员能够测量速度，其不确定性仅为每秒5千米，如果没有这个精度，就不会观察到这种效应。

为了说明这一点，由ICF中的DT核聚变反应产生的中子的平均能量意味着它们的速度超过每秒51000公里。这相当于在不到十分之一秒的时间内从旧金山到纽约。

论文中的数据是在2021年8月1.35MJ的结果之前提交的，研究人员继续看到令人兴奋的结果，随着我们从燃烧到点燃实验，继续这种偏离预期的趋势。

"对这一结果的一个解释是，D和T离子没有处于平衡状态，"Moore说。"需要更先进的模拟能力来更好地理解这一点，我们正在与洛斯阿拉莫斯国家实验室、伦敦帝国学院和麻省理工学院的合作者合作，应用这些能力来理解这个问题。"

关键词：等离子体研究人员中子能量

推荐DIY文章