[發(fā)明專利]激光聚變黑腔腔壁結(jié)構(gòu)及黑腔

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111386604.0
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114093528B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 藍(lán)可;陳耀樺;曹輝;李波;樊元成;楊蕤生;許晶
• 申請（專利權(quán)）人: 北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所
• 主分類號: G21B1/23
• 分類號: G21B1/23
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 李莉麗;王琦

本發(fā)明實施例中公開了一種激光聚變黑腔腔壁結(jié)構(gòu)及黑腔。其中，預(yù)先將黑腔腔壁劃分為光斑區(qū)和非光斑區(qū)；所述光斑區(qū)為腔壁上的激光打擊區(qū)；所述腔壁結(jié)構(gòu)包括：設(shè)置在所述光斑區(qū)的用以增加所述光斑區(qū)面積的多個凹孔結(jié)構(gòu)和/或多個凸起結(jié)構(gòu)；其中，所述多個凹孔結(jié)構(gòu)具有相同或不同的幾何參數(shù)；所述多個凸起結(jié)構(gòu)具有相同或不同的幾何參數(shù)。本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案能夠降低激光等離子體不穩(wěn)定性，提高激光吸收效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及能源領(lǐng)域，特別是一種激光聚變黑腔腔壁結(jié)構(gòu)及激光聚變黑腔。

背景技術(shù)

在激光驅(qū)動的慣性約束聚變(簡稱激光聚變)中，激光通過注入孔被注入到高Z(高原子序數(shù))材料黑腔腔壁并被轉(zhuǎn)換成X光，X光輻射驅(qū)動并壓縮位于黑腔中心的球形氘氚靶丸實現(xiàn)內(nèi)爆和聚變點火。

在激光聚變中，如何將注入黑腔的激光能量盡可能多地轉(zhuǎn)換成驅(qū)動靶丸實現(xiàn)聚變點火的X光輻射能量，是點火靶設(shè)計中的一個基本問題。由于黑腔中并非真空，里面含有從高Z材料腔壁上燒蝕下來的等離子體以及為了抑制光斑區(qū)等離子體運動在黑腔中填充的低Z氣體。當(dāng)注入黑腔的激光穿過這些等離子體時，就會發(fā)生激光等離子體不穩(wěn)定性。

在激光注入黑腔的過程中，部分注入激光會因激光等離子體不穩(wěn)定性通過受激布里淵散射(Stimulated?Brillouin?Scattering)、受激拉曼散射(Stimulated?RamanScattering)、雙等離子體衰變(Two-plasmon?Decay)等過程從入射激光的背向散射出黑腔，這將嚴(yán)重降低激光吸收效率，從而降低激光-X光輻射轉(zhuǎn)換效率。激光等離子體不穩(wěn)定性越嚴(yán)重，則散射/反射回去的激光份額越高、激光吸收效率越低，則實現(xiàn)高增益聚變點火的可能性越小。因此，抑制激光等離子體不穩(wěn)定性是激光聚變點火所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實施例中一方面提出一種激光聚變黑腔腔壁結(jié)構(gòu)，另一方面提出一種激光聚變黑腔，用以降低激光等離子體不穩(wěn)定性，提高激光吸收效率。

本發(fā)明實施例中提出的一種激光聚變黑腔腔壁結(jié)構(gòu)，其中，預(yù)先將黑腔腔壁劃分為光斑區(qū)和非光斑區(qū)；所述光斑區(qū)為腔壁上的激光打擊區(qū)；所述腔壁結(jié)構(gòu)包括：設(shè)置在所述光斑區(qū)用以增加所述光斑區(qū)面積的多個凹孔結(jié)構(gòu)和/或多個凸起結(jié)構(gòu)；其中，所述多個凹孔結(jié)構(gòu)具有相同或不同的幾何參數(shù)；所述多個凸起結(jié)構(gòu)具有相同或不同的幾何參數(shù)。

在一個實施方式中，所述多個凹孔結(jié)構(gòu)中的至少一個具有至少一個子凹孔結(jié)構(gòu)和/或至少一個子凸起結(jié)構(gòu)；所述多個凸起結(jié)構(gòu)中的至少一個具有至少一個子凹孔結(jié)構(gòu)和/或至少一個子凸起結(jié)構(gòu)；其中，所述至少一個子凹孔結(jié)構(gòu)具有相同或不同的幾何參數(shù)；所述至少一個子凸起結(jié)構(gòu)具有相同或不同的幾何參數(shù)。

在一個實施方式中，所述光斑區(qū)的腔壁高Z材料為下述材料之一或組合：密實固體材料、疏松固體材料、超材料。

在一個實施方式中，每個光斑區(qū)包括1～10000個凹孔結(jié)構(gòu)，凹孔結(jié)構(gòu)的凹面朝向入射激光；每個凹孔的幾何參數(shù)根據(jù)黑腔結(jié)構(gòu)、激光排布和驅(qū)動激光參數(shù)確定。

在一個實施方式中，每個光斑區(qū)包括1～10000個凸起結(jié)構(gòu)；每個凸起結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)根據(jù)黑腔結(jié)構(gòu)、激光排布和驅(qū)動激光參數(shù)確定。

在一個實施方式中，每個光斑區(qū)包括1～10000個凹孔結(jié)構(gòu)及凸起結(jié)構(gòu)，凹孔結(jié)構(gòu)的凹面朝向入射激光；每個凹孔結(jié)構(gòu)及凸起結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)根據(jù)黑腔結(jié)構(gòu)、激光排布和驅(qū)動激光參數(shù)確定。