Laserfusion
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Laserfusion Status und Perspektiven Markus Roth Technische Universität Darmstadt Institut für Kernphysik, 64289 Darmstadt. | |. Aktualität. NIF Fertiggestellt 2009 Beginn Experimente 2009 Erste Kampagne 2010 Erster Versuch der Zündung 3/ 2010. BBC- ONLINE 28.1.2010. | |. Inhalt.

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Presentation Transcript
LaserfusionStatus und PerspektivenMarkus RothTechnische Universität DarmstadtInstitut für Kernphysik, 64289 Darmstadt

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Aktualität

NIF Fertiggestellt 2009

Beginn Experimente 2009

Erste Kampagne 2010

Erster Versuch der Zündung

3/ 2010

BBC- ONLINE 28.1.2010

| |


Inhalt

I ICF/MCF direct/indirect drive

II NIF

III Aktuelle Kampagne

IV EU-Projekte - Fast Ignition

V Hybridsysteme LIFE

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Kompression

(Raketen-

prinzip)

Bestrahlung

der

Oberfläche

Zentrale Zündung

Burn

Trägheitsfusion

Plasma Einschlussbedingung: Lawson Kriterium: nτ = 1014

Magnetic Confinement FusionDichte = 1014 cm-3 Einschlusszeit = 1 Sekunde

Inertial Confinement Fusion Dichte = 1025 cm-3 Einschlusszeit = 10 Pikosekunden

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Einige zahlen
Einige Zahlen

  • Bei ρR=3 g/cm2 i.e. fb=30% Y=100 MJ/mg

  • 1 mg DT muss komprimiert werden zu 336 g/cm3 oder 1680 x Festkörperdichte (0.2 g/cm3) für ρR=3 g/cm2.

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Um die enormen Anforderungen an die Symmetrie zu gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versucht

indirect

Illumination

by x-rays

fuel capsule

compression

(200-1000 g/cc)

fusion

ignition

(~ 10 keV)

fusion

burn

backscattering

  • Zündung bedarf der Optimierung von:

  • Hohlraum Design:

  • Laserabsorption/ -propagation, backscattering

  • Laser Konversionseffizienz in X-rays

  • Hohlraum Re-emissionseffizienz (Wand+LEH Verluste)

  • Implosiondynamik der Kompression

  • shock timing, EOS ablator studies

  • Kompressionssymmetrie der Kapsel

laser

High-Z hohlraum

DT fuel capsule

Wall losses

mid(low)-Z fill slows down wall motion

x-rays

LEH losses

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NIF gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versucht

This work performed under the auspices of the U.S. Department of Energy by Lawrence Livermore National Laboratory under Contract DE-AC52-07NA27344

Aufgabe: Verlässliche Zündung einer Fusionsreaktion mit Gain bei

niedrigstmöglicher Lasernergie

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8 gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versucht

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| | gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versucht


| | gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versucht


Eine von zwei Laserbays gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versucht

NIF-0506-11956

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| | gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versucht


| | gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versucht


15 gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versucht

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Der Hohlraum gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versucht

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NIF Tests erfüllen (und oft übertreffen) die Design Spezifikationen, die für die Zündung benötigt werden

Erstes überraschendes Ergebnis der ersten Kampagne:

Opazität des Hohlraums ist bei Tests 15% besser als erwartet

--> höherer Strahlungseinschluss --> weniger Laserenergie benötigt

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| | Spezifikationen, die für die Zündung benötigt werden


Weitergehende ans tze

  • WARUM? Spezifikationen, die für die Zündung benötigt werden

  • kleinere Infrastruktur; höherer Gain;

  • Verbesserte Toleranz gegen Laser/Target nichtidealitäten

  • Breitere Basis für Grundlagenforschung

  • Möglichkeit Tritium zu vermeiden (oder zu reduzieren)

Weitergehende Ansätze

  • Optimierte, isobarische Zündung (e.g. mit 2ω)

  • Double shell (non-cryo solution?)

  • Elektronen Fast Ignition (mit oder ohne Cone)

  • Protonen Fast Ignition

  • KE foil Ignition

  • Shock Ignition, …

  • Für jeden Fall zu untersuchen:

  • Pros/cons

  • Facility (laser, targetry, delivery, reactor, waste)

  • Level of confidence

  • Compatibility between options (since confidence<1)

  • Required R&D plan

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Anlagen weltweit real planned

iLIFT Spezifikationen, die für die Zündung benötigt werden

LMJ

NIF

Anlagen weltweit (real & planned)

Plus: SG-III

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Fast ignition
Fast Ignition Spezifikationen, die für die Zündung benötigt werden

Atmosphere formation

Compression

Ignition

Burn

Fast Ignition separates the functions of compression & ignition of the fuel; less compression is required (more fuel can be assembled) and symmetry relaxed.

Think – Hot-Spot ignition = Diesel Engine, Fast-Ignition = Gas Engine (spark-plug)

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400 Spezifikationen, die für die Zündung benötigt werden

400

400

log10 ρ (g/cm3)

ρ (g/cm3)

35

3

200

200

200

r (μm)

r (μm)

r (μm)

0

0

0

-200

-200

-200

-1

0.01

-400

-400

-400

-400

-200

0

200

400

-400

-200

0

200

400

-400

-200

0

200

400

z (μm)

z (μm)

z (μm)

Als Fast Ignitor wird untersucht:

Elektronen, Protonen und Ionen, mit Konus und Schock-Ignition

Honrubia et al

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Eu projekt der community
EU- Projekt der Community Spezifikationen, die für die Zündung benötigt werden

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An entirely civilian proposal to achieve high gain Fast Ignition

IFE & basic science : cross-EU initiative

HiPER das rein zivile europäische Projekt für Fast Ignition

  • Implosionsenergie:

  • 200-300kJ/5ns/3ω0

  • 40 Strahlen

  • 10 m Targetkammer

2. PW beamlines:

70kJ 10ps, 1 or 3ω

3. OPCPA Konfiguration für 100 PW Strahl (probe!) und/oder 2 EW (driver)

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| | Ignition


Die ideale l sung w re
Die ideale Lösung wäre... Ignition

Danke

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