AbstractFueling of a commercial Inertial Fusion Energy (IFE) power plant consists of supplying about 500,000 fusion targets each day. The most challenging type of target in this regard is for laser-driven, direct drive IFE. Spherical capsules with cryogenic DT fuel must be injected into the center of a reaction chamber operating at temperatures as high as 1500 °C and possibly containing as much as 0.5 Torr of xenon fill gas. The DT layer must remain highly symmetric, have a smooth inner ice surface finish, and reach the chamber center at a temperature of about 18.5 K. This target must be positioned at the center of the chamber with a placement accuracy of ±5 mm. The accuracy of alignment of the laser driver beams and the target in its final position must be within ±20 μm. All this must be repeated six times per second. The method proposed to meet these requirements is injecting the targets into the reaction chamber at high speed (∼400 m/s), tracking them, and hitting them on the fly with steerable driver beams. The challenging scientific and technological issues associated with this task are being addressed through a combination of analyses, modeling, materials property measurements, and demonstration tests with representative injection equipment. Measurements of relevant DT properties are planned at Los Alamos National Laboratory. An experimental target injection and tracking system is now being designed to support the development of survivable targets and demonstrate successful injection scenarios. Analyses of target heating are underway. Calculations have shown that the direct drive target must have a highly reflective outer surface to prevent excess heating by thermal radiation. In addition, heating by hot chamber fill gas during injection far outweighs the thermal radiation. It is concluded that the dry-wall, gas-filled reaction chambers must have gas pressures less than previously assumed in order to prevent excessive heating in the current direct drive target designs. An integrated power plant systems study to address this issue has been initiated.
商業用慣性核融合エネルギー(IFE)発電所への燃料供給は、毎日約50万個の核融合ターゲットを供給することからなる。この点において最も困難なタイプのターゲットは、レーザー駆動・直接駆動IFE用のものである。極低温DT燃料を有する球状カプセルは、最高1500 °Cの温度で動作し、場合によっては0.5 Torrものキセノン充填ガスを含有する反応容器の中心に注入されなければならない。DT層は高い対称性を維持し、内側の氷表面が滑らかな仕上げである必要があり、約18.5 Kの温度で反応容器中心に到達しなければならない。このターゲットは、±5 mmの配置精度で反応容器中心に位置決めされなければならない。レーザードライバービームと最終位置にあるターゲットとの位置合わせ精度は、±20 μm以内でなければならない。これらすべては毎秒6回繰り返されなければならない。これらの要件を満たすために提案されている方法は、ターゲットを高速(∼400 m/s)で反応容器に注入し、それらを追跡し、ステアリング可能なドライバービームで飛行中に命中させることである。この課題に関連する困難な科学的・技術的問題は、解析、モデリング、材料特性測定、および代表的な注入装置を用いた実証試験の組み合わせによって取り組まれている。関連するDT特性の測定は、ロスアラモス国立研究所で計画されている。生存可能なターゲットの開発を支援し、成功する注入シナリオを実証するために、実験用ターゲット注入・追跡システムが現在設計されている。ターゲット加熱の解析が進行中である。計算により、直接駆動ターゲットは、熱放射による過剰な加熱を防ぐために、反射率の高い外面を持たなければならないことが示されている。さらに、注入中の高温反応容器充填ガスによる加熱は、熱放射をはるかに上回る。現在の直接駆動ターゲット設計における過剰な加熱を防ぐためには、乾式壁・ガス充填反応容器のガス圧力は、従来想定されていたよりも低くなければならないと結論付けられる。この問題に対処するための統合発電所システム研究が開始されている。