通过高磁场实现高效生成高密度等离子体

日期： 2022-09-08

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来源：新广网

由大阪大学领导的一个国际联合研究小组证明，通过应用高强度短脉冲激光加速的相对论电子束(REB)，应用600特斯拉(T)的磁场，可以有效地加热等离子体。，比钕磁铁(最强的永久磁铁)的磁能大约600倍。他们的研究成果发表在Nature Communications上。

如果通过用高强度激光照射等离子体将REB加速到接近光速，可以将物质加热到数千万度的温度，就可以点燃受控的核聚变反应。

在中心点火方案中，惯性约束聚变(ICF)的主流方案具有点火淬火的问题，其由热火花与周围的冷燃料混合引起。另一方面，在快速点火方案(快速等温加热)中，一部分低温燃料被加热，然后加热区域成为热火花以在所述混合发生之前触发点火。因此，快速点火方案作为替代方案引起了关注。

在快速点火方案中，首先，使用纳秒激光束将聚变燃料压缩至高密度。接下来，高强度皮秒激光快速加热压缩燃料，使加热区域成为引发点火的热火花。核聚变通过燃烧大部分燃料释放出大量能量。

REB由高强度短脉冲激光产生并加速到接近光速，通过高密度核聚变燃料等离子体并在核心中沉积一部分动能，使加热区域变热触发点火的火花。然而，由高强度激光加速的REB具有大的发散角(通常为100度)，因此只有一小部分REB与核心发生碰撞。

一个千克级的磁场是以光速引导高能电子所必需的，因此研究人员使用了数百个特斯拉的磁场。由于带电且质量小的电子很容易沿磁场线移动，因此它们将1MeV的高能REB沿磁场线引导至核心(100微米或更小的聚变燃料)，实现高效加热高密度等离子体。他们将该方案命名为“磁化快速等容加热”。

在这项研究中，激光到核心的能量耦合最高达到8%。激光 - 核心能量耦合，即REB的能量沉积速率，取决于待加热的等离子体的密度。在基于点火火花形成条件的计算中，在该研究中获得的REB的能量沉积速率是通过中心点火方案获得的能量沉积速率的数倍。因此，研究人员得出结论，磁化快速等容加热非常有效，可用于激光聚变能的发展。

资深作者藤冈信介说：“我们在联合使用/研究中心项目下与国内外研究人员合作，在实现激光聚变能方面取得了进展。我们的研究成果将应用于研究核心的再生产。在极端环境下实验室模拟和创造新事物的明星。“

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