新數(shù)據(jù)解決了融合研究中的空白
羅徹斯特大學的最新研究將提高用于模擬激光驅(qū)動內(nèi)爆的計算機模型的準確性。這項發(fā)表在《自然物理學》雜志上的研究解決了科學家長期尋求實現(xiàn)聚變的挑戰(zhàn)之一。
在激光驅(qū)動的慣性約束聚變(ICF)實驗中,例如在羅切斯特大學激光能量學實驗室(LLE)進行的實驗中,短束由光的強脈沖組成,脈沖持續(xù)時間僅為十億分之一秒,將能量傳遞給加熱并壓縮氫燃料電池的靶材。理想情況下,此過程將釋放比加熱系統(tǒng)更多的能量。
激光驅(qū)動的ICF實驗要求許多激光束通過等離子體(自由移動的電子和離子的熱湯)傳播,以將其輻射能精確地沉積在預(yù)定目標上。但是,當光束照做時,它們以可能使預(yù)期結(jié)果復雜化的方式與等離子體相互作用。
LLE科學家,《自然》雜志的第一作者戴維·特恩布爾(David Turnbull)說:“ ICF必定會在許多環(huán)境中在周圍目標的熱等離子體中重疊許多激光束,并且人們已經(jīng)認識到,激光束可以相互作用并交換能量。”紙。
為了準確地模擬這種相互作用,科學家需要確切地知道來自激光束的能量如何與等離子體相互作用。盡管研究人員提供了有關(guān)激光束改變等離子體的方式的理論,但從未有過實驗證明。
現(xiàn)在,LLE的研究人員以及他們在加利福尼亞州的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室和法國的國家科學中心的同事們,首次直接展示了激光束如何改變潛在等離子體的條件,進而影響到聚變實驗中的能量轉(zhuǎn)移。
LLE主任邁克爾·坎貝爾說:“這些結(jié)果很好地證明了實驗室的創(chuàng)新,以及對國家核聚變計劃建立對激光等離子體不穩(wěn)定性的牢固理解的重要性。”
使用超級計算機進行模型融合
研究人員經(jīng)常使用超級計算機來研究聚變實驗涉及的內(nèi)爆。因此,重要的是,這些計算機模型必須準確地描述所涉及的物理過程,包括從激光束到等離子體以及最終到目標的能量交換。
在過去的十年中,研究人員使用計算機模型描述了激光驅(qū)動聚變實驗中涉及的相互激光束相互作用。但是,這些模型通常假定來自激光束的能量以一種稱為麥克斯韋分布的平衡類型進行交互作用-當不存在激光時,在交換中會期望達到平衡。
LLE的資深科學家Dustin Froula說:“但是,當然有激光。”
Froula指出,科學家在40年前就預(yù)測激光將以重要方式改變潛在的等離子體狀況。1980年,由于激光束優(yōu)先加熱慢速電子,提出了一種理論,預(yù)測了激光等離子體中的這些非麥克斯韋分布函數(shù)。在隨后的幾年中,羅切斯特大學的研究生Bedros Afeyan '89(博士學位)預(yù)測,這些非麥克斯韋電子分布函數(shù)的作用將改變激光能量在光束之間的傳輸方式。
但是由于缺乏實驗證據(jù)來驗證這一預(yù)測,研究人員并未在模擬中對其進行解釋。
特恩布爾,弗魯拉(Froula)以及物理學和天文學的研究生Avram Milder在LLE的Omega激光實驗室進行了實驗,以對激光加熱的等離子體進行非常詳細的測量。這些實驗的結(jié)果首次表明,等離子體中電子能量的分布受其與激光輻射的相互作用的影響,無法再由主流模型準確描述。
這項新研究不僅驗證了一個長期存在的理論,而且還表明,激光等離子體相互作用強烈地改變了能量的傳遞。
特恩布爾說:“目前正在開發(fā)能更好地說明潛在等離子體狀況的新型在線模型,這將改善集成內(nèi)爆模擬的預(yù)測能力。”
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