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Indirectly driven target design for fast ignition with proton beams

R. Ramis, J. Ramírez2004年被引用 20Nuclear FusionIF 3出版社

The heavy ion beam (HIB) indirectly driven compression of a small amount of DT fuel, and its fast ignition by a beam of laser accelerated protons (PB) is considered (Roth M. et al 2001 Phys. Rev. Lett.86 436). First, a representative working point (0.8 mg of DT at 400 g cm−3) has been derived analytically from the energy balance of an hypothetical power plant. Second, through self-consistent two-dimensional radiation hydrodynamic simulations with the MULTI code (Ramis R. et al 1988 Comput. Phys. Commun.49 475) we define and optimize a HIB-driven hohlraum target to produce the above conditions; also, with ignition simulations, we determine the thermonuclear yield (≃83 MJ) and the minimum PB energy (≃33 kJ) needed to ignite the asymmetrically compressed fuel. The target is found to be a factor 5 less sensitive to implosion asymmetries than a conventional central spot one. This allows us to reduce the hohlraum size (≃6 mm), improve the driver coupling, reduce the compression energy to the 0.8–1.2 MJ range, and have enough clearance for the installation of the PB converter foil at distances (3–4 mm) appropriate for an efficient ignition.

日本語訳

重イオンビーム(HIB)による間接駆動での少量のDT燃料の圧縮と、レーザー加速陽子ビーム(PB)によるその高速点火が検討されている(Roth M. et al 2001 Phys. Rev. Lett. 86 436)。まず、仮想的な発電プラントのエネルギー収支から、代表的な動作点(0.8 mgのDT、400 g cm⁻³)が解析的に導出された。次に、MULTIコード(Ramis R. et al 1988 Comput. Phys. Commun. 49 475)を用いた自己無撞着な2次元放射流体シミュレーションを通じて、上記の条件を実現するHIB駆動ホーラムターゲットを定義し、最適化した。さらに、点火シミュレーションにより、非対称に圧縮された燃料の点火に必要な熱核出力(≃83 MJ)と最小PBエネルギー(≃33 kJ)を決定した。このターゲットは、従来の中心点火方式と比較して、爆縮非対称性に対する感度が5分の1であることが判明した。これにより、ホーラムサイズの縮小(≃6 mm)、ドライバー結合効率の向上、圧縮エネルギーの0.8〜1.2 MJ範囲への低減が可能となり、さらに効率的な点火に適した距離(3〜4 mm)でのPBコンバータフォイル設置のための十分なクリアランスが確保される。

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