[科普中国]-激光内爆

定义

在激光核聚变中，当多束激光从各个方向同时聚焦在氘氚靶丸上时，激光被靶丸吸收，靶丸表面加热形成一层等离子体。就像火箭喷射气体推动火箭向前飞行一样，等离子体在向外膨胀的过程中也给靶丸内层一个压力，这就是所谓的烧蚀压。这个压力促使靶丸产生向心内爆，将靶丸中心部分的氘氚材料压缩到高密度，2例如为液态氘氚密度的1000倍，并加热到几千万度以上，点燃热核聚变反应，这就是激光内爆。1

驱动方式激光驱动内爆有两种方式：一种是直接驱动，另一种是间接驱动。3

直接驱动所谓直接驱动，就是靶丸外表面吸收激光，产生烧蚀压直接驱动内爆。但直接驱动对激光对称性、均匀性的要求非常高。3

当高功率激光驱动聚变靶时 , 会放出电子、离子、 X 射线和聚变产物中子、Α粒子等。这些粒子带着关于内爆动力学的一些重要信息 , 如激光能量吸收机制、能量输运、等离子体温度和密度等。由于带电粒子在穿出靶丸的过程中与等离子体之间具有库仑作用而损失能量。而对于等离子体转换的 X 射线 , 打在玻璃球壳上的激光所产生的 X 射线又会将其湮没 ( 玻璃的有效原子序数比燃料氘和氚的原子序数高),

这些都会降低测量精度。然而 , 对聚变中子来说 , 它既不受所通过的压缩燃料区和靶壳的影响 , 直接驱动产生的 X 射线也不会对中子测量带来什么困难。正因为这些原因 , 中子诊断成了聚变靶的重要探测手段。中子产额对应于压缩靶芯时热核反应数 , 它可以反映内爆对称性、内爆动力学效率、燃料混合及超热电子预热影响等情况。

因为当压强情况变差、壳材料与燃料混合时 , 中子产额会迅速下降。因此 , 准确测量中子产额还能确定作为全过程的压缩壳体的效率 ( 不仅推进层加速的条件 , 而且球对称性的偏差也会影响压缩效率 ) 。

间接驱动所谓间接驱动，就是被吸收的激光首先转变成为X光，再由X光传热压缩球形靶丸，产生内爆。间接驱动与直接驱动相比，间接驱动对激光的对称性、均匀性的要求要比直接驱动低一些，但需要较高的激光能量。4

是通过球形聚心增压和提高内爆动能密度两种途径，产生极高压力，实现对聚变燃料的高压缩，形成热核聚变燃烧波，利用燃料的惯性约束，在燃料飞散之前，获得设计要求的聚 变燃烧和放能．内爆先通过预脉冲冲击波 整形 低熵压缩 内爆壳物质到十多倍初始固态密度，然后通过主脉冲 x 射线烧蚀(间接驱动)或激光烧蚀(直接驱动)加速 内爆壳到高内爆速度，从而形成很高的内爆动压，进而再通过球内爆聚心增压，获得 实现聚 变要求 的高压。在1.5 MJ 能量 的大型高功率激光器上实现激光聚变中心点火 ，需要在球心区域产生 3000—4000 亿大气压 的高压

实现关键实现内爆的关键是将靶丸芯部压缩到高密度状态。而这就需要激光强度很高，激光的对称性、均匀性要非常的好。1

影响因素在激光内爆的实现过程中，有几个因素影响向心压缩：5

一是在激光加热等离子体的过程中，共振吸收和受激刺曼散射会产生超热电子，超热电子穿入芯部，在未压缩之前就使芯部加热，从而阻碍芯部压缩到高密度。1

二是内爆过程中出现各种流体力学不稳定性，产生压缩的不对称性，不均匀性及发生飞层与氚氘的混合，影响芯部压缩和热核聚变点火。1