研究人员确定了测量高能量密度等离子体和促进惯性约束聚变的新方法

一个国际科学家团队发现了一种新方法，通过增加对温暖稠密物质特性的了解来推进聚变能的发展，这种极端物质状态类似于在木星等巨行星的中心发现的物质状态。

由能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的SophiaMalko领导的研究结果详细介绍了一种使用高重复率超强激光测量等离子体中核粒子“停止能力”的新技术。对质子停止能力的理解对于惯性约束聚变(ICF)尤为重要。

为太阳和星星供电

这个过程与PPPL的聚变形成对比，后者在磁约束设施中将等离子体加热到百万度的温度。等离子体是由自由电子和原子核或离子组成的物质的热、带电状态，在这两种研究中都为聚变反应提供燃料，旨在在地球上重现为太阳和恒星提供动力的聚变，作为安全、清洁的来源和几乎无限的能源来产生世界的电力。

“停止力”是由于与物质中的电子碰撞导致能量损失而作用于带电粒子的力。“例如，如果你不知道质子阻止本领，你就无法计算沉积在等离子体中的能量数量，因此无法设计具有正确能量水平的激光器来产生聚变点火，”一篇概述了该论文的主要作者马尔科说自然通讯中的发现。“对高能量密度物质，特别是在温暖的稠密物质中的阻止能力的理论描述是困难的，并且在很大程度上缺少测量，”她说。“我们的论文将温暖致密物质中质子能量损失的实验数据与阻止能力的理论模型进行了比较。”

NatureCommunications研究通过使用低能离子束和激光产生的暖致密等离子体，在很大程度上未探索的状态下研究了质子阻止能力。为了产生低能离子，研究人员使用了一种特殊的基于磁体的装置，该装置从激光和等离子体相互作用产生的宽质子光谱中选择低能固定能量系统。然后选定的光束穿过激光驱动的温暖致密物质，并测量其能量损失。与实验数据的理论比较表明，最接近的匹配与经典模型截然不同。

相反，最接近的协议来自最近开发的基于多体或相互作用的量子力学方法的第一性原理模拟，马尔科说。

精确停止测量

精确停止测量还可以促进对质子如何产生所谓的快速点火的理解，这是一种先进的惯性约束聚变方案。“在质子驱动的快速点火中，质子必须将压缩燃料从极低温状态加热到高温，质子停止能力和材料状态紧密耦合，”马尔科说。

“停止能力取决于材料状态的密度和温度，”她解释说，而两者又受到质子束沉积的能量的影响。“因此，停止能力的不确定性直接导致点火所需的总质子能量和激光能量的不确定性，”她说。

Malko和她的团队正在科罗拉多州立大学的DOELaserNetUS设施中进行新的实验，以将他们的测量结果扩展到所谓的布拉格峰区域，那里发生最大的能量损失，并且理论预测最不确定。

该论文的合著者包括来自、西班牙、法国、德国、加拿大和的27名研究人员。

标签：