Post on 06-Apr-2016
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LaserfusionStatus und Perspektiven
Markus RothTechnische Universität DarmstadtInstitut für Kernphysik, 64289 Darmstadt
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Aktualität
BBC- ONLINE 28.1.2010
NIF Fertiggestellt 2009
Beginn Experimente 2009
Erste Kampagne 2010
Erster Versuch der Zündung
3/ 2010
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I ICF/MCF direct/indirect driveII NIFIII Aktuelle Kampagne IV EU-Projekte - Fast IgnitionV Hybridsysteme LIFE
Inhalt
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Trägheitsfusion
Bestrahlungder Oberfläche
Kompression(Raketen-prinzip)
Zentrale Zündung Burn
Magnetic Confinement Fusion Dichte = 1014 cm-3
Einschlusszeit = 1 Sekunde
Inertial Confinement Fusion Dichte = 1025 cm-3
Einschlusszeit = 10 Pikosekunden
Plasma Einschlussbedingung: Lawson Kriterium: nτ = 1014
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Einige Zahlen
Bei ρR=3 g/cm2 i.e. fb=30% Y=100 MJ/mg
1 mg DT muss komprimiert werden zu 336 g/cm3 oder 1680 x Festkörperdichte (0.2 g/cm3) für ρR=3 g/cm2.
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Um die enormen Anforderungen an die Symmetrie Um die enormen Anforderungen an die Symmetrie zu gewährleisten wird in der ersten Kampagne die zu gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versuchtindirekte Zündung versucht
indirectIllumination
by x-rays
fuel capsulecompression
(200-1000 g/cc)
fusionignition
(~ 10 keV)
fusionburn
High-Z hohlraumDT fuel
capsule
mid(low)-Z fill slows down wall motion
laser
backscattering
Wall losses
LEH losses
x-rays
Zündung bedarf der Optimierung von:Zündung bedarf der Optimierung von:• Hohlraum DesignHohlraum Design:- Laserabsorption/ -propagation, backscattering- Laser Konversionseffizienz in X-rays- Hohlraum Re-emissionseffizienz (Wand+LEH Verluste)• Implosiondynamik der Kompression - shock timing, EOS ablator studies
• Kompressionssymmetrie der Kapsel
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This work performed under the auspices of the U.S. Department of Energy by Lawrence Livermore National Laboratory under Contract DE-AC52-07NA27344
NIF
Aufgabe: Verlässliche Zündung einer Fusionsreaktion mit Gain beiniedrigstmöglicher Lasernergie
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NIF-0506-11956
Eine von zwei Laserbays
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Der Hohlraum
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NIF Tests erfüllen (und oft übertreffen) die Design Spezifikationen, die für die Zündung benötigt werden
Erstes überraschendes Ergebnis der ersten Kampagne:
Opazität des Hohlraums ist bei Tests 15% besser als erwartet
--> höherer Strahlungseinschluss --> weniger Laserenergie benötigt
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Weitergehende Ansätze
Optimierte, isobarische Zündung (e.g. mit 2ω)Double shell (non-cryo solution?)Elektronen Fast Ignition (mit oder ohne Cone)Protonen Fast IgnitionKE foil IgnitionShock Ignition, …
WARUM?• kleinere Infrastruktur; höherer Gain; • Verbesserte Toleranz gegen Laser/Target nichtidealitäten • Breitere Basis für Grundlagenforschung• Möglichkeit Tritium zu vermeiden (oder zu reduzieren)
Für jeden Fall zu untersuchen:• Pros/cons• Facility (laser, targetry, delivery, reactor, waste)• Level of confidence• Compatibility between options (since confidence<1)• Required R&D plan
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Anlagen weltweit (real & planned)
LMJ
iLIFT
NIF
Plus: SG-III
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Fast Ignition
Fast Ignition separates the functions of compression & ignition of the fuel; less compression is required (more fuel can be assembled) and symmetry relaxed.
Think – Hot-Spot ignition = Diesel Engine, Fast-Ignition = Gas Engine (spark-plug)
Atmosphere formation
Compression Ignition Burn
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0 -200 -400 200 400z (μm)
r (μm
)
0
-200
-400
200
400
0.01
35ρ (g/cm3)
Als Fast Ignitor wird untersucht:Elektronen, Protonen und Ionen, mit Konus und Schock-Ignition
Honrubia et al
r (μm
)
0
-200
-400
200
400
0 -200 -400 200 400z (μm)
log10ρ (g/cm3) 3
-1
r (μm
)
0
-200
-400
200
400
0 -200 -400 200 400z (μm)
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EU- Projekt der Community
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2. PW beamlines: 70kJ 10ps, 1 or 3ω
1. Implosionsenergie: 200-300kJ/5ns/3ω0
40 Strahlen10 m Targetkammer
HiPER das rein zivile europäische Projekt für Fast Ignition
An entirely civilian proposal to achieve high gain Fast IgnitionIFE & basic science : cross-EU initiative
3. OPCPA Konfiguration für 100 PW Strahl (probe!) und/oder 2 EW (driver)
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Die ideale Lösung wäre...
Dank
e