Advertisement

Inertial confinement fusion: Ignition of isobarically compressed D-T targets

  • S. Atzeni
  • A. Caruso
Article

Summary

Ignition of initially isobaric D-T plasmas, triggered by a hot spot, surrounded by denser, cold fuel, is studied both analytically and numerically. It the conditions for self-heating of the not spot are met, then a burn wave propagates, at first through deflagration driven by α-particles, and eventually through detonation. After an initial transient phase and the self-heating stage, burn in propagated mainly by α-particle transport, while the burning region is cooled at comparable rates by heat conduction and hydrodynamic expansion. The whole process is described by means of three dimensionless quantities (related to α-particle production, thermal conductivity and α-particle transport, respectively), and, as suggested by ID numerical results, an ignition criterion is given in terms of two of them. Examples of applications show, its usefulness in target design. A condition for burn propagation is also derived.

Keywords

PACS. 52.50 Plasma production and heating 

Синтез с инерциальным удержанием. Зажигание изобарически сжатых D-T мишеней

Резюме

Аналитически и численно исследуется зажигание первоначально изобарической D-T плазмы, окруженной плотням, холодным топливом. Эсли условия для самоначревания горячей точки имеют место, то распространяется волна горения, сначала из-за дефлаграции, приводимой в действие α-частицами, а затем за счет детонации. После первоначальной переходной фазы и стадии самоначревания, горение распространяется, в основном, за счет транспорта α-частиц, хотя зона горения охлаждается за счет теплопроводности и гидродинамического расщирения. Весь процесс описывается с помощью трех безразмерных величин (связанных с образованием α-частиц, теплопроводностью и транспортом α-частиц). Как следует из численных результатов, критерий зажигания записывается в терминах двух указанных величин. Приводятся примеры применения полученных результатов. Выводится условие для распространения горения.

Riassunto

L’ignizione di plasmi D-T inizialmente isobari, provocata da un «punto caldo» immerso in combustibile freddo e piú denso, è studiata analiticamente e numericamente. Se le condizioni per l’autoriscaldamento sono verificate, allora si propaga un’onda di combustione, prima come deflagrazione sostenuta dalle particelle alfa, successivamente come detonazione. Dopo un transitorio iniziale e la fase di autoriscaldamento la combustione si propaga principalmente mediante il trasporto delle alfa, mentre, la regione reagente è raffreddata con ratei, comparabili dalla conduzione termica e dall’espansione idrodinamica. L’intero processo è descritto da tre quantità adimensionali (legate alla produzione delle particelle alfa, alla conduzione termica e al trasporto delle alfa, rispetivamente) e, in base ai risultati di simulazioni numeriche monodimensionali, si presenta un criterio d’ignizione in termini di due sole di esse. Esempi di applicazione ne mostrano l’utilità nel progetto dei bersagli. È stata anche ottenuta una condizione per la propagazione dell’onda di combustione.

References

  1. (1).
    R. E. Kidder:Nucl. Fusion,16, 405 (1976).ADSCrossRefGoogle Scholar
  2. (2).
    J. Nuckolls, L. Woods, A. Thiessen andG. Zimmerman:Nature (London),239, 139 (1972).ADSCrossRefGoogle Scholar
  3. (3).
    K. A. Brueckner andS. Jorna:Rev. Mod. Phys.,46, 325 (1974).ADSCrossRefGoogle Scholar
  4. (4).
    R. E. Kidder:Nucl. Fusion,19, 223 (1979).ADSCrossRefGoogle Scholar
  5. (5).
    E. N. Avrorin, L. P. Feoktistov andL. I. Shibarshov:Sov. J. Plasma Phys.,6, 527 (1981).Google Scholar
  6. (6).
    G. S. Fraley, E. J. Linnebur, R. J. Mason andR. L. Morse:Phys. Fluids,17, 474 (1974).ADSCrossRefGoogle Scholar
  7. (7).
    K. Nozachi andK. Nishikara:J. Phys. Soc. Jpn.,43, 1393 (1977).ADSCrossRefGoogle Scholar
  8. (8).
    R. C. Kirkpatrick andJ. A. Wheeler:Nucl. Fusion,21, 389 (1981).ADSCrossRefGoogle Scholar
  9. (9).
    Yu. V. Afanas’ev, N. G. Basov, P. P. Volosevich, E. G. Gamalij, O. N. Krokhin, S. P. Kurdymov, E. J. Levanov, V. B. Rozanov, A. A. Samarskij andA. N. Tikhonov:JETP Lett.,21, 68 (1975).ADSGoogle Scholar
  10. (10).
    S. Yu Guskov, O. N. Krokhin andV. B. Rozano:Nucl. Fusion,16, 957 (1976).ADSCrossRefGoogle Scholar
  11. (11).
    S. Atzeni andA. Caruso:Phys. Lett. A,85, 345 (1981).ADSCrossRefGoogle Scholar
  12. (12).
    S. Atzeni:Sull’ignizione termonucleare controllata di combustibile solido irraggiato con un fascio laser, thesis in Nuclear Engineering, Università di Roma (May, 1979).Google Scholar
  13. (13).
    A. Caruso andS. Atzeni:Bull. Am. Phys. Soc.,25, 932 (1980).Google Scholar
  14. (14).
    S. Atzeni andA. Caruso:Nuovo Cimento B,64, 383 (1981).ADSCrossRefGoogle Scholar
  15. (15).
    G. H. Miley, H. Towner andN. Ivich:Fusion cross sections and reactivities, Report C00-2218-17, University of Illinois, Urbana (1974).CrossRefGoogle Scholar
  16. (16).
    B. Brunelli:Nuovo Cimento B,55, 264 (1980).ADSCrossRefGoogle Scholar
  17. (17).
    O. N. Krokhin andV. B. Rozanov:Sov. J. Quantum Electron.,2, 393 (1974).ADSCrossRefGoogle Scholar
  18. (19).
    Ya. B. Zeldovich andYu. P. Raizer:Physics of Shock Waves and High Temperature Hydrodynamic Phenomena (New York, N. Y., 1966).Google Scholar
  19. (20).
    A. Caruso:Alcune possibilità di applicazione di laser di potenza in ricerche di fisica, Rapporto LGI 70/7, Laboratorio Gas Ionizzati, Frascati (April 1970).Google Scholar
  20. (21).
    S. Atzeni, A. Caruso, P. Giupponi andV. A. Pais:A 1-dimensional, numerical code for laser-driven implosion and ignition, Report CNEN 80.40, Frascati (October1980).Google Scholar
  21. (22).
    J. Darvas: inCourse on the Stationary and Quasi-Stationary Toroidal Reactors, Erice (Sicily), September 4–15, 1972, Commission, of the European Communities, Luxembourg (June 1973), p. 219.Google Scholar
  22. (23).
    J. Meyer-ter-Vehn:Nucl. Fusion,22, 561 (1982).CrossRefGoogle Scholar
  23. (24).
    J. H. Nuckolls: inLawrence Livermore Laboratory Laser Program Annual Report. Vol.2 (1977), p. 2.Google Scholar
  24. (25).
    S. E. Bodner:J. Fusion Energy,1, 3 (1981).ADSCrossRefGoogle Scholar
  25. (26).
    S. Atzeni:Boll. S.I.F., N. 130, 45 (1983).Google Scholar
  26. (27).
    S. Atzeni andA. Caruso:Nucl. Fusion,23, 1092 (1983);Controlled Fusion and Plasma Physics, Europhysics Conference Abstract, Vol.7D, Part II (1983), p. 15.CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Società Italiana di Fisica 1984

Authors and Affiliations

  • S. Atzeni
    • 1
  • A. Caruso
    • 1
  1. 1.Associazione EURATOM-ENEA sulla FusioneCentro Ricerche Energia FrascatiFrascati, RomaItalia

Personalised recommendations