معیار پارامترهای مجاز افروزش لکه داغ در سوخت دوتریوم ـ تریتیوم آلاییده یونی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌‎آموخته کارشناسی ارشد، گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، گیلان، ایران

2 دانشیار، گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، گیلان، ایران

چکیده

پیش از آغاز افروزش، سوخت ممکن است از مسیرهای مختلفی از جمله مواد سازنده لایه قطع­کننده هدف، دیواره­ی هولرام، اندرکنش دیواره جانبی هدایتگر مخروطی با سوخت در مرحله انفجار درونی و ماده نوک مخروط، منجر به رهاسازی و مخلوط شدن عناصر سازنده­ی آن­ها به محیط پلاسمای تاج و حتی سوخت چِگال خالص DT شود. نخست، در چارچوب افروزش جرقه­ای مرکزی، ناحیه مجاز افروزش لکه داغ DT در صفحه Hs-Ts رسم گردید و نشان داده شد که به ازای درصد ورودی معینی از ناخالصی طلا، با افزایش نسبی سرعت انفجار درونی، محدوده مرز ناحیه­ی مجاز افروزشی به تدریج بزرگ­تر می­شود و در سرعت­های انفجار درونی کوچک­تر ازcm/s  107×7/1 دو جزیره افروزشی وجود دارد. همچنین، برای آلاینده­های فلزی رایج، افزایش کسر ناخالصی در ناحیه لکه­ی داغ موجب محدودیت در پارامترهای مجاز افروزشی می­شود که با افزایش تدریجی آن، منجر به خاموش شدن لکه­ی داغ خواهد شد. در ادامه، در چارچوب ایده افروزش سریع، چگالی سطحی لکه­ی داغ در پلاسمای افروزشی غیرتعادلی دوتریوم- تریتیوم آلاییده به کسر ناچیزی از یون­های ناخالصی کربن و طلا استخراج گردید. بر این اساس، منحنی­های هم­تراز پارامتر چگالی سطحی مجاز در الگوی دو-دمایی در صفحه دمایی Te-Ti ترسیم شدند. نشان داده شد که با افزایش کسر ناخالصی، شاهد افزایش شدید شار تابش خروجی از مرز لکه داغ خواهیم بود که در نتیجه آن، محدوده مجاز افروزشی با سرعت کاهش یافته و شرایط افروزش سوخت بسیار دشوارتر از حالت سوخت خالص می­گردد. حساسیت این تغییرات، مستقیم وابسته به ضریب افزایش توان تابش تُرمزی است که تابعی از پارامترهای درصد غلظت ناخالصی αimp و عدد اتمی یون ناخالص (درجه یونش آن)، Zimp، می­باشد. افزون بر این، در منحنی­های هم­تراز، کمینه دمای یونی مجاز برای آغاز افروزش در سوخت دوتریوم-تریتیوم آلاییده فلزی نیز قابل مشاهده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Research Paper: Criteria for Permissible Parameters of Hot Spot Ignition in Ion-doped Deuterium-Tritium Fue

نویسندگان [English]

  • Faezeh Mehdizadeh 1
  • Soheil Khoshbinfar 2
1 M. Sc. Graduated, Physics, Faculty of science, University of Guilan, Guilan, Iran
2 Associate Professor, University of Guilan, Guilan, Iran
چکیده [English]

At the stagnation time, fuel may impact by a variety of paths, including ablator materials, Hohlraum wall, the interaction of the cone-guided lateral surface with imploding fuel, and cone tip material, releasing and mixing their constituent elements into corona plasma and even inside the pure dense fuel. Here, we have parametrically studied the impact of some well-known ionic impurities such as carbon and gold on the physical condition of DT hot spot ignition. The admissible zone of DT hot spot ignition was plotted on the HsTs plane, and it was shown that for a given percentage of gold impurities, the boundaries of the ignition zone gradually increased with increasing internal implosion velocity and at implosion velocities smaller than 1.7×107 cm/s, there exist two individual ignition islands. In the context of the fast ignition approach to ICF, the areal density of hot spots ignition of deuterium-tritium doped with a small concentration of impurity ions of carbon and gold was then extracted by a non-equilibrium ignition model. Accordingly, for a given value in this range, the contour plot of the allowed areal density parameter in the two-temperature model was plotted on the Te-Ti plane. It has been shown that as the impurity fraction increases, the permissible range of ignition decreases rapidly and the ignition conditions become more difficult. The sensitivity of these changes is directly associated with the coefficient of increase in radiation loss power, which is a function of the parameter of the impurity percentage α and the ionization state of the impurity ion, Zimp. Moreover, in each contour plot, the minimum permissible ignition parameter of ion temperature of contaminated DT fuel is also visible.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Admissible Ignition Zone
  • Non-equilibrium Model
  • Impurity Ion
  • Fast Ignition
  • Lindl-Winder Diagram

مراجع

  1. Caruso A, and Strangio C, “Ignition Thresholds for Deuterium–Tritium Mixtures Contaminated by High-Z Material in Cone-Focused Fast Ignition”; Journal of Experimental and Theoretical Physics, 97(948), 2003; DOI: 10.1134/1.1633950.
  2. Stephens R B, Hatchett S P, Turner R E, Tanaka K A, and Kodama R, “Implosion of indirectly driven reentrant cone shell target”; Physical Review Letters, 91(1), 2013; DOI:10.1103/PhysRevLett.91.185001.
  3. Casey D T, Woods D T, Smalyuk V A, Hurricane O A, Glebov V Y, Stoeckl C, Theobald W, Wallace R, Nikroo A, Schoff M, Shuldberg C, Wu K J, Frenje J A, Landen O L, Remington B A, and Glendinning G, “Performance and Mix Measurements of Indirect Drive Cu-Doped Be Implosions”, Physical Review Letters, 114(1), 2015; DOI:10.1103/PhysRevLett.114.205002.
  4. Pasley J, “Thermonuclear ignition calculations in contaminated DT fuel at high densities” Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(1), 2011; DOI: 10.1088/0741-3335/53/6/065013.
  5. Atzeni S, & Meyer-Ter-Vehn J, “Inertial Fusion; Beam Plasma Interaction, Hydrodynamics, Dense Plasma Physics”,New York: Clarendon Press - Oxford Science Publication,
  6. Weber C R, Clark D S, Cook A W, Busby L E, and Robey H F, “Inhibition of turbulence in inertial-confinement-fusion hot spots by viscous dissipation”; Physical Review Letters, 89(1), 2014.
  7. Srinivasan B. and Tang X., “Role of hydrodynamic instability growth performance of inertial confinement fusion implosions”; Physics of Plasmas, 21 (1), 2014; DOI: 10.1103/PhysRevE.89.053106.
  8. Rygg J R, “Shock Convergence and Mix Dynamics in Inertial Confinement Fusion”, D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2006.
  9. Krokhin O N and Rozanov V B, “Escape of a-particles from a laser pulse initiated thermonuclear fusion”; Soviet Journal of Quantum Electronics, 2 (393), 1973; DOI: 10.1070/QE1973v002n04ABEH004476.
  10. Wesson J, “Tokamak”, 3rd edition, New York: Clarendon Press - Oxford Science Publication,
  11. Khoshbinfar S and Taghavi S A, “On the energy gain enhancement of DT+D3He fuel configuration in nuclear fusion reactor driven by heavy ion beams”; Iranian Journal of Physics Research, 16 (179), 2016; DOI: 18869/acadpub.ijpr.16.2.179.
  12. Zohuri B, “Inertial Confinement Fusion Driven Thermonuclear Energy”; Springer International Publishing,
  13. Rajabnejad M, Khoshbinfar S, Ghasemizad A, “The requirements of transition to non-equilibrium burn in volume ignition of simple spherical targets”; Iranian Journal of Physics Research, 17 (683), 2019; DOI: 29252/ijpr.18.4.683.
  14. Regan S P, Epstein R, Hamme B A, Suter L J, Scott H A, Barrios M A, Bradley D K , Callahan D A, Cerjan C , Collins G W, Dixit S N, Doppner T, Edwards M J, Farley D R, Fournier K B, Glenn S, Glenzer S H, Golovkin I E, Haan S W, Hamza A, Hicks D G, Izumi N, Jones O S, Kilkenny J D, Kline J L, Kyrala G A, Landen O L, Ma T, MacFarlane J J, MacKinnon A J, Mancini R C, McCrory R L, Meezan N B, Meyerhofer D D, Nikroo A, Park H S, Ralph J, Remington B A, Sangster T C, Smalyuk V A, Springer P T and Town R P J, “Hot-Spot Mix in Ignition-Scale Inertial Confinement Fusion Targets”; Physical Review Letters, 111 (045001), 2013; DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.045001.
  15. Duderstadt J J and Moses G A, “Inertial Confinement Fusion”, New York: John-Wiley & Sons,
  16. Li C K and Petrasso R D, “Fokker-Planck equation for moderately coupled plasmas”, Physical Review Letters, 70 (3063), 1993; DOI: 1103/PhysRevLett.70.3063.
  17. Basko M, “On the scaling of the energy gain of ICF targets”, Nuclear Fusion, 35 (87), 1995; DOI: 10.1088/0029-5515/35/1/I07
  18. Fan Zh, Liu Y, Liu B, Yu Ch, Lan K, Liu J, “Non-equilibrium between ions and electrons inside hot spots from National Ignition Facility experiments”; Matter and Radiation at Extremes 2(3), 2017; DOI: 10.1016/j.mre.2016.11.003.
  19. Basko M M, “Spark and volume ignition of DT and DD microspheres”, Nuclear Fusion, 30 (2443), 1990; DOI: 10.1088/0029-5515/30/12/001
  20. Ghasemizad A, and Khoshbinfar S, “Ignition criteria of Spark Parameters in Direct Drive Inertial Confinement Fusion”, Journal of Applied Science, 8(1586), 2008; DOI: 10.3923/jas.2008.1586.1589.
  21. Basko M, “On the scaling of the energy gain of ICF targets”, Nuclear Fusion 35(87), 1995; DOI: 10.1088/0029-5515/35/1/I07
  22. Piriz A R, Lucchio L D, and Prieto G R, “Dynamic stabilization of Rayleigh–Taylor instability in an ablation front”, Physics of Plasmas, 18(012702), 2011; DOI: 10.1063/1.3535400.
  23. Eliezer S, Henis Z, Nissim N, Pinhasi S V, and Val J M M, “Introducing a two-temperature plasma ignition in inertial confined targets under the effect of relativistic shock waves: The case of DT and p-B11”; Laser and Particle Beams 33(1), 2015; DOI: 1017/S0263034615000701.
  24. Mehrangiz M and Khoshbinfar S, “On the evaluation of ignition threshold in proton-carbon hybrid ignitor beam proposal”; Contributions to Plasma Physics, 61 (1), 2020; DOI: 10.1002/ctpp.201900061.
  25. Roth M, Cowan T E, Key M H, Hatchett S P, Brown C, Fountain W, Johnson J, Pennington D M, Snavely R A, Wilks S C, Yasuike K, Ruhl H, Pegorato F, Bulanov S V, Campbell E M, Perry M D and Powell H, “Fast Ignition by Intense Laser-Accelerated Proton Beam”, Physical Review Letters, 86(436), 2001; DOI: 10.1103/PhysRevLett.86.436.
  26. Khatami S and Khoshbinfar S, “The Impact of Impurity Ion in Deuterium-Tritium Fuel on the Energy Deposition Pattern of the Proton Ignitor Beam”; Chinese Journal of Physics, 66(620), 2020; DOI: 10.1016/j.cjph.2020.05.030.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 19 دی 1401
  • تاریخ بازنگری: 25 اسفند 1401
  • تاریخ پذیرش: 27 فروردین 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار