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Revisiting p-11B fusion cross section and reactivity, and their analytic approximations

Alessandro Tentori, Fabio Belloni2023年被引用 2Nuclear FusionIF 3出版社

Proton-boron fusion is experiencing a renewed interest as a possible energy source. The reaction is aneutronic and does not involve radioactive species. It has recently been induced by means of high-power lasers. Ignition of H-11B fuel, however, remains challenging because of the low reactivity and high radiative losses of the plasma at temperatures attainable in present-day fusion devices. Ideal ignition has been demonstrated only lately (and marginally), thanks to revisited cross section data. Reliable, agreed and fit-for-use cross section and reactivity data remain indispensable for further progress in the field. We propose a reference p-11B fusion cross section up to 10 MeV, mostly on the basis of recent measurements. We have developed an analytic approximation for the cross section and, through that, calculated the thermal reactivity. We also provide an analytic approximation for the reactivity, in the temperature range 10–500 keV, which is intended to update that of Nevins and Swain (2000 Nucl. Fusion40 865), generally taken as a reference. Above 30 keV, our reactivity is substantially higher than that of Nevins and Swain. The gap increases with temperature, reaching e.g. 12% at 100 keV and 50% at 500 keV. Considering also the suprathermal contribution elicited by the fusion-born α's, we anticipate a potential 50% increase already at 300 keV. Such a higher reactivity is expected to appreciably relax the ideal ignition temperature of H-11B fuel.

日本語訳

陽子-ホウ素核融合は、可能なエネルギー源として再び関心を集めている。この反応は無中性子性であり、放射性種を伴わない。それは最近、高出力レーザーによって誘起されている。しかしながら、H-11B燃料の点火は、現在の核融合装置で到達可能な温度におけるプラズマの低反応率と高い放射損失のために、依然として困難である。理想的な点火は、再検討された断面積データのおかげで、ごく最近になって(わずかに)実証されただけである。この分野のさらなる進歩には、信頼性が高く、合意され、使用に適した断面積および反応率データが不可欠であり続けている。我々は、主に最近の測定結果に基づいて、10 MeVまでの参照用p-11B核融合断面積を提案する。我々は断面積の解析的近似を開発し、それを通じて熱反応率を計算した。また、10–500 keVの温度範囲における反応率の解析的近似を提供する。これは、一般的に参照として採用されているNevins and Swain (2000 Nucl. Fusion40 865) のものを更新することを意図している。30 keVを超えると、我々の反応率はNevins and Swainのものよりも大幅に高い。その差は温度とともに増大し、例えば100 keVで12%、500 keVで50%に達する。核融合で生成されたα粒子によって誘起される超熱的寄与も考慮すると、我々は300 keVで既に潜在的な50%の増加を予想する。このようなより高い反応率は、H-11B燃料の理想点火温度を著しく緩和することが期待される。

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