面向稠密等离子体聚焦的全电磁混合 PIC-流体模型用于预测融合中子产量
等离子体物理
2026-04-13 v1
摘要
虽然磁约束聚变 (MCF) 和惯性约束聚变 (ICF) 仍是受控聚变的主要途径，但由于能量损失、等离子体不稳定性以及大规模设施的成本与复杂性，进展仍受到制约。稠密等离子体聚焦 (DPF) 装置提供了一种紧凑、脉冲供电驱动的替代方案，用于产生与聚变相关的条件和中子发射。然而，DPF 装置中中子产量的定量预测是一个重大的数值挑战，主要由于必须自一致地解析离子动力学行为、电磁能量耦合以及真空场演化。这种复杂性常常阻碍对 underlying 中子产生机制的确定性理解。为此，我们发展了一个全电磁混合仿真框架：离子以粒子-in-cell (PIC) 方式进行动力学演化，电子为准中性流体，麦克斯韦方程在等离子体和真空中求解。广义欧姆定律包含电阻性、电子压力梯度和霍尔项，电流密度采用预测-校正方法更新。我们将该模型应用于非中空180 kA DPF几何结构，类似于LLNL配置。模拟的离子密度、离子温度和轴向电场再现了电层形成、轴向下沉、径向压缩以及后聚焦膨胀。外部电层前沿位置在可用的比较区间内与全动力学基准结果 within 10% 一致。结合对 D-D 融合横截面积的紧凑拟合，预测的总中子产量为0.296e7，与在类似电流下的全动力学结果相符，在数量级上几乎高出早期混合模型结果的两个数量级。
引用
@article{arxiv.2604.09032,
title = {A Fully Electromagnetic Hybrid PIC-Fluid Model for Predictive Fusion Neutron Yield in Dense Plasma Focus},
author = {Yinjian Zhao and Zhe Liu and Qiang Sun and Qianhong Zhou and Guangrui Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.09032},
year = {2026}
}