惯性约束聚变的爆炸聚集
将氘氚燃料压缩到超高密度所需的巨大压力,可以由激光或带电粒子束(或由它们转换而来的软X射线辐射)驱动的球形爆炸产生。下面以激光直接驱动的球形靶丸为例,简述典型高密度炸药团聚的物理过程。
当聚变靶丸被多个激光球对称照射时,束流能量主要在临界密度面附近(此处等离子体频率等于入射激光频率)被吸收,电子被加热,在靶丸周围形成一层薄薄的高温等离子体电晕。电晕区沉积的热能通过电子的热传导向内传递到未加热的靶面(也称烧蚀面),使靶面上的物质被快速烧蚀并猛烈向外喷射。在注入物质的反冲力(也称烧蚀压力)的作用下,球形同心冲击波向内传播,从而压缩剩余的未被烧蚀的靶物质(即氘氚燃料)。在烧蚀爆炸过程中,超高压收缩所必需的巨大压力主要通过两种手段实现:传热和同心增压。这就要求束流能量的有效吸收和沉积能量向烧蚀表面的输送能够产生足够高的烧蚀压力,并且在同心压缩过程中要严格保持高度的球面对称。爆炸聚合的对称性导致了以下苛刻要求:(1)靶丸辐照的均匀性;靶丸壳面的高光滑度可以有效阻止流体动力不稳定性(主要是瑞利-泰勒不稳定性)的发展。此外,任何形式的燃料预热也严重阻碍了预期的高压缩。
激光爆炸聚合的实验结果已实现氘氚热核反应产生的中子数最大为4×10100(离子温度约为500eV,压强约为1010atm)氘氚产生的中子数最大为4×1010(离子温度约为10KeV)。