定向红外条件下光纤布置形式及光源参数对低温靶温度场的影响*

郭富城 李翠 厉彦忠

(西安交通大学能源与动力工程学院, 西安 710049)

惯性约束核聚变成功的关键之一在于靶丸内要形成均匀的燃料冰层, 靶丸外表面温度特性对惯性约束聚变低温靶内形成均匀的燃料冰层有着决定性的影响.为使得靶丸外表面温度场尽可能均匀, 需采用定向红外的方式对靶丸外表面温度进行局部调控.采用全三维低温靶物理模型, 建立定向红外光路追踪与温度场计算耦合计算的光热耦合数值模型, 研究了定向红外条件下光纤布置形式及光源参数对低温靶温度场的影响规律.结果表明: 在光纤总功率不变的前提下, 光纤数量越多, 靶丸外表面温度场均匀性越好.光纤数量小于等于2时, 靶丸外表面温度场无法得到明显改善; 光纤数量大于2时, 靶丸外表面最大温差和加权温差降低幅值极限为61.94%和76.33%.光纤投射的光斑向南北两极适量偏移可以改善靶丸外表面温度场均匀性, 其他的偏移方式会恶化温度场均匀性.

1 引 言

近年来, 煤、石油及天然气等化石能源消耗巨大, 能源及环境等问题日渐彰显[1-4].惯性约束核聚变(inertial confinement fusion, ICF)作为一种高效、清洁的能源形式愈发受到世界许多国家的重视[5,6].ICF是指依靠烧蚀层残余质量的惯性对高温高密度的热核燃料进行约束, 从而实现可控热核聚变[7-16].ICF的核心部件为置于低温靶中心的球形靶丸.为实现热核聚变要求, 靶丸内D2或DT燃料冰层厚度均匀性需大于99%, 燃料冰层内表面均方根粗……