Photon and Neutron Production as In Situ Diagnostics of Proton-Boron Fusion
Photon and Neutron Production as In Situ Diagnostics of Proton-Boron Fusion
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光子和中子产生作为质子-硼聚变的原位诊断
DOI：
10.1155/2023/6924841
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发表时间：
2023
影响因子：
0.9
通讯作者：
Mehlhorn, T. A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hegelich, B. M.;Labun, L.;Labun, O. Z.;Mehlhorn, T. A.
短脉冲超高强度激光为研究聚变等离子体和创造新型超短离子束和中子源开辟了新的领域。在这些实验中诊断等离子体对于优化聚变产率是重要的，但由于皮秒时间尺度、10 μ s的微立方体积和高密度而困难。我们建议使用涉及相同的反应物的并行反应产生的光子和中子的产率来诊断等离子体条件和预测感兴趣的特定反应的产率。在这项工作中，我们专注于验证高兴趣的非中子质子-硼聚变反应11Bp，2α 4 He的产额，这是很难直接测量，由于在大多数材料中产生的αs的短停止范围。为此，我们确定了有前途的光子产生反应，并计算了光子产额与α产额的比值作为等离子体参数的函数。在束流聚变实验中，11 C产额是一个易于测量的观测值，可以用来验证α产额。根据我们的研究结果，改进和扩展这些平行反应的横截面测量是获得对这些激光驱动聚变等离子体更大控制的重要步骤。
Short-pulse, ultrahigh-intensity lasers have opened new regimes for studying fusion plasmas and creating novel ultrashort ion beams and neutron sources. Diagnosing the plasma in these experiments is important for optimizing the fusion yield but difficult due to the picosecond time scales, 10 s of micron-cubed volumes, and high densities. We propose to use the yields of photons and neutrons produced by parallel reactions involving the same reactants to diagnose the plasma conditions and predict the yields of specific reactions of interest. In this work, we focus on verifying the yield of the high-interest aneutronic proton-boron fusion reaction 11Bp,2α4He, which is difficult to measure directly due to the short stopping range of the produced αs in most materials. We identify promising photon-producing reactions for this purpose and compute the ratios of the photon yield to the α yield as a function of plasma parameters. In beam-fusion experiments, the 11C yield is an easily-measurable observable to verify the α yield. In light of our results, improving and extending measurements of the cross-sections for these parallel reactions are important steps to gain greater control over these laser-driven fusion plasmas.
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