磁化套筒惯性聚变典型物理过程及特征参量

赵海龙，王刚华，肖 波，段书超

（中国工程物理研究院流体物理研究所，四川 绵阳 621999）

能源是人类社会文明发展的基础，而可控核聚变被认为是解决未来能源需求问题的重要手段之一。当前聚变科学的主流研究方向是磁约束聚变(Magnetic confinement fusion，MCF)[1-3]和惯性约束聚变(Inertial confinement fusion，ICF)[4-6]，二者的差异主要在于聚变实现方式不同，MCF 是通过较长的约束时间来实现聚变，ICF 则是通过极大的压力来满足要求。

然而，传统聚变构型均面临着不同的工程和技术问题，距离“点火”目标仍有一定的差距，因此有必要探索新的聚变构型方式，从而尽量降低聚变的实现难度。2010 年，美国圣地亚国家实验室提出了一种结合传统MCF 与ICF 优势的新型聚变构型[7]，称为磁化套筒惯性聚变(Magnetized liner inertial fusion,MagLIF)，其主要原理是利用大电流驱动金属套筒产生的超高压力(约为16 TPa)压缩磁化并预加热燃料，使之达到高温高压的聚变点火条件。该构型的最大优势在于，当套筒内边界开始箍缩时，能够通过激光器对燃料进行预加热。经过预热后的燃料温度可达50～400 eV 并完全等离子体化[8]，此时轴向磁场冻结于燃料内，随着套筒内爆和燃料一起被压缩，借助磁场的作用可以显著抑制燃料热传导损失、提升 Eα粒子能量的沉积效率[9]。因此，理论上在有限的驱动能力下能有效降低聚变实现的难度，具有极大的应用潜力。

MagLIF 研究在理论、模拟以及实验上均取得了快速进展[10-15]，并成功在Z 装置上进行了首批次氘气出中子实验[9]。然而，对于该聚变构型的数值模拟研究尚未十分完善，缺少对其关键物理过程和特征参量的系统化描述。……