One-dimensional hydrodynamic simulations of low convergence ratio direct-drive inertial confinement fusion implosions.
One-dimensional hydrodynamic simulations of low convergence ratio direct-drive inertial confinement fusion implosions.
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低收敛比直接驱动惯性约束聚变内爆的一维流体动力学模拟。
DOI：
10.1098/rsta.2020.0224
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发表时间：
2021-01-25
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Norreys PA
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Paddock RW;Martin H;Ruskov RT;Scott RHH;Garbett W;Haines BM;Zylstra AB;Aboushelbaya R;Mayr MW;Spiers BT;Wang RHW;Norreys PA
先前已经证明，收敛比低于17的间接驱动惯性约束聚变实验不太容易受到Rayleigh-Taylor流体动力学不稳定性的影响，这使得聚变科学对这一制度非常感兴趣。对内爆速度、飞行中的纵横比和施加的激光功率施加的额外限制旨在进一步减少不稳定增长，导致一维(1D)流体动力学模拟可以很好地表示性能的新区域。使用一维辐射-流体动力学程序HYADES进行了一次模拟活动，以研究在相关能量范围内使用直接驱动液层胶囊内爆可以实现的性能。结果包括在LMJ尺度系统上的潜在增益为0.19，在NIF尺度系统上的潜在增益为0.75，对于8.5MJ的内爆，反应堆水平的增益为54。虽然一维模拟的使用限制了这些结果的准确性，但它们表明了足够高的性能水平，足以保证对这一新的低不稳定机制进行进一步的研究和验证。这潜在地提出了一种有吸引力的聚变能源的新方法。本文是“高增益惯性聚变能源的前景(第二部分)”讨论会的一部分。
Indirect drive inertial confinement fusion experiments with convergence ratios below 17 have been previously shown to be less susceptible to Rayleigh–Taylor hydrodynamic instabilities, making this regime highly interesting for fusion science. Additional limitations imposed on the implosion velocity, in-flight aspect ratio and applied laser power aim to further reduce instability growth, resulting in a new regime where performance can be well represented by one-dimensional (1D) hydrodynamic simulations. A simulation campaign was performed using the 1D radiation-hydrodynamics code HYADES to investigate the performance that could be achieved using direct-drive implosions of liquid layer capsules, over a range of relevant energies. Results include potential gains of 0.19 on LMJ-scale systems and 0.75 on NIF-scale systems, and a reactor-level gain of 54 for an 8.5 MJ implosion. While the use of 1D simulations limits the accuracy of these results, they indicate a sufficiently high level of performance to warrant further investigations and verification of this new low-instability regime. This potentially suggests an attractive new approach to fusion energy. This article is part of a discussion meeting issue ‘Prospects for high gain inertial fusion energy (part 2)’.
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