磁化燃烧等离子体的集成辐射-磁流体力学模拟。I.磁化点火级设计

受惠于惯性约束聚变（ICF）的突破——在国家装置实验室（NIF） shot N210808 中首次实现点火条件，然后在 N221204 中实现激光能量达到临界值——此处的建模努力探讨了施加磁场对点燃系统的综合式 hohlraum 模拟的影响。先前的 NIF 实验显示，在磁化气体填充的胶囊中，产量和热点温度均随磁场强度的增加而增加。本文中，我们使用带有 Livermore ICF 通用模型的 2D 辐射-磁流体力学代码 Lasnex。模拟被调谐以 closely 近似无磁化实验的数据。本文研究施加最高达 100 特斯的轴向磁场对高性能 ICF shot 的氦燃产出的影响，具体包括纪录性的 BigFoot shot N180128，以及 HYBRID-E shots N210808 和 N221204。主要观察到的效果是由于磁场绝缘导致的热点温度增加。也就是说，电子热量在磁场垂直方向受到约束，α 粒子轨迹过渡到螺旋轨道，从而增强能量沉积。此外，我们还研究了施加磁场对未来 NIF 设计的影响，具体包括一个 3 MJ 激光能量的增强产能设计，以及一个高 $\rho$ R、低冲击速度的“推动单壳”设计。总结为，磁化场强在 5-75 特斯时，可将燃烧平均离子温度提高 50%，中子产量提高 2-12 倍。具体而言，对于 N221204，仅需 5-10 特斯施加磁场即可实现产量至少提高 50%；而在 N210808 上施加 65 特斯磁场并进行对称化后，产量可提高 8 倍。所有这些都在没有进一步的设计优化来充分利用施加 B 场的情况下实现，这为专为磁化设计的设计承诺更大的改进。