低能离子束在等离子体靶中的能损研究

发布时间：2021-04-08 01:10

　　在核聚变与等离子体物理领域,离子束在等离子体中的能量沉积与输运过程是“重离子束驱动高能量密度物质”、“热核聚变反应堆能量输运”、“聚变自持燃烧中的氦离子加热”以及“惯性约束聚变中离子束快点火”等前沿研究中最关键的物理问题之一。目前在低能区离子束与等离子体相互作用的实验研究相对较少,不同理论与模拟数据之间可能有30%甚至量级上的差距,这些理论及模拟模型亟需高精度实验进行检验和完善。本文介绍了在中国科学院近代物理研究所320 k V综合实验研究平台上开展的低能离子束与等离子体相互作用实验,分析了100 ke V质子束与400 ke V氦离子束穿过等离子体后的能量损失以及相对等量气体的阻止本领增强效应。实验中所用的等离子体靶通过气体放电方式产生,使用罗氏线圈测量瞬时放电电流,激光干涉方法诊断等离子体状态。实验中放电电压为3-5 k V,初始气压为1-8 mbar,产生的等离子体靶自由电子密度可达10¹6 cm^-3,电子温度约为1-2 e V,分别在不同延迟时间下测量了质子和He²⁺离子的能量损失。研究发现离子束的能损和等离子体... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同入射离子能量损失的实验值与理论值的比较

图1.2 Kr离子在氢等离子体靶和氢气体靶中阻止本领实验值和理论值的比较目前对于离子与等离子体的相互作用研究主要集中在能损及电荷态效应两面，虽然该研究已持续了几十年，但对于低能入射离子束或高密度等离子体存在许多问题，实验数据比较匮乏，与现有理论模型的预测也存在较大的差相关机制仍需进一步深入研究，还有许多工作要做。研究意义1 在惯性约束聚变中的应用在惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion，ICF)中，靶丸由氘(D)氚(T)燃料摩尔混合制成，驱动束直接[10]或间接加热靶丸引起聚变[11-12]。一种典型的驱是高能激光束，可以使靶达到非常高的温度和密度。在 ICF 的框架内，研究

以更短的皮秒激光束触发强流超短离子束加热第一阶段压缩得到的稠密靶达到点火，目前最流行的是质子束快点火，强流质子束在靶丸内部[13]或紧邻靶的外部[14-15]用激光加速，如图 1.4 所示。除了质子，也可以使用碳离子[16-17]或重的离子[18]。另一个动机更为重要，因为在所有形式的聚变中都存在 α 粒子对围燃料的加热过程。在热稠密的 DT 燃料中，当热核反应被触发的时候，α 粒子通过下列反应产生：2 3 41 1 2H H He (3.5 MeV ) n (14.1M eV)产生的 α 粒子充当驱动束加热周围较冷较稀的等离子体介质，使得自持燃烧得进行，α 粒子的加热效率直接决定了聚变的能量产出[19-21]。不管是重离子束聚变，离子束驱动的快点火还是 α-heating，深入理解离子束在等离子体中的能量沉积机制对于建立模型和控制整个聚变过程都是至关重要的。


本文编号：3124556