高密度 H-$^{11}$B 等离子体中经超热离子的聚变链式反应研究

$^{11}$B$(p,\alpha)2\alpha$ 聚变反应因其无中子特性以及反应物和产物中均无放射性物质，对于能源生产极具吸引力。然而，在热核 regime 下利用其反应似乎难以实现，因为 $^{11}$B 燃料在高达 100 keV 的温度下反应性很低。已有研究提出由 alpha 粒子与燃料离子之间的弹性碰撞维持的聚变链，借此将燃料离子散射至超热能量，作为克服此限制的可能途径。基于一个简单模型，本工作在一个无限、非简并的 $^{11}$B 等离子体中，在激光驱动实验感兴趣的宽范围密度和温度（$10^{24} \lesssim n_e \lesssim 10^{28} {\rm cm}^{-3}$，$T_e \lesssim 100$ keV，$T_i \sim$ 1 keV）内研究了该增殖过程。特别地，使用了包含核相互作用的 $\alpha$-$p$ 散射截面数据。倍增因子 $k_\infty$ 随电子温度显著增大，随等离子体密度增大则不显著。然而，即使在所考虑的最高温度和密度下，且尽管因纳入核散射而增加了两倍以上，$k_\infty$ 结果仅约为 $10^{-2}$ 量级。一般而言，在约束方案中需要非常接近 1 的 $k_\infty$ 值，才能将超热到热核的能量产额提高 $10^3$-$10^4$ 倍。