文摘

短脉冲,ultrahigh-intensity激光开辟了新的政权研究核聚变等离子体和创造新颖的超短的离子光束和中子源。诊断等离子体在这些实验对优化融合率很重要,但困难由于皮秒时间尺度,10 s micron-cubed卷,密度高。我们建议使用光子的收益率和中子产生的平行反应涉及相同的反应物来诊断等离子体条件和预测感兴趣的特定反应的产量。在这项工作中,我们重点验证的收益率高息aneutronic proton-boron聚变反应 ,这是难以直接测量由于短暂的停止生产的范围在大多数材料。为此我们确定承诺photon-producing反应和计算的光子产生的比率产生等离子体参数的函数。在beam-fusion实验中,收益率是一个很容易衡量的可观察到的验证产量。根据我们的结果,改进和扩展这些平行反应截面的测量是重要的步骤来获得更大的控制这些laser-driven聚变等离子体。

1。介绍

短脉冲激光提供新的实验方法来创建和研究核聚变等离子体。与长脉冲激光的一个主要工具在惯性约束聚变(ICF),短脉冲激光脉冲持续时间ps和使用小焦斑获得峰值强度高达W /厘米²在一个单脉冲。短脉冲激光输送能量的等离子体的时间明显短于典型的扩张时间表,电子和离子达到更高的动量。这些等离子体条件远离quasi-thermal ICF的平衡,在燃烧最近取得了(1),问题是开放的动态是否承认通路净能量增益(2]。短脉冲激光已经成功地推动高收益beam-fusion实验(3,4),这反过来又可以转化为新颖的高通量,超短脉冲离子(5- - - - - -7),和中子源(8- - - - - -11]。

短脉冲激光可以驱动融合以两种方式:直接照射目标包含融合反应物或激光离子加速创建一个倾倒的离子束捕手/目标。据我们所知,没有任何实验可以声称已经优化的融合率,和这两个方法的效率不同的候选人聚变反应仍然是一个研究的课题。天真,一个预计直接辐照激光能量更有效地转化为融合收益,部分原因是融合既可以发生在焦点附近的所有离子物种被加热和冷的目标离子加速的焦点地区。据坊间传言,最近的实验支持这一假设[2]。

适当的优化需要大大提高理解和控制的实验结果相比,目前的功能。然而,同样的激光特性,即超短脉冲,通常小震源体积使等离子体难以诊断。大部分的解释是基于推理的收益率和光谱测量粒子,有时由蒙特卡罗或numerically-expensive动能激光等离子体模拟。提高laser-driven核反应实验诊断,因此,成为一个重要话题的讨论(12]。我们的目标在这个工作是确定新的等离子体诊断提供信息和核反应动力学条件。

与短脉冲激光的反应研究,我们专注于proton-boron-11聚变反应 ,特别感兴趣,因为它的版本是哪个兆电子伏的动能粒子和中子。的粒子本身提供最直接的衡量融合收益,而是因为他们存款动能到周围介质很有效,只有一小部分人产生逃避的目标。这个问题尤其direct-irradiation实验(5,13- - - - - -18),平均动能和介质的密度变化的数量级不同地区的目标,从而排除系统分析校正停止。

因为直接诊断等离子体条件下,如探测激光脉冲或原子光谱学,仍然是一个巨大的技术挑战,我们研究其他核反应的产品产量或光谱能够更可靠地计量。光子和中子是最好的候选人,但并不是所有的反应将产生足够的光子或中子可以确定为来自一个特定的反应。我们引入屈服比作为现象学工具联系一个轻易衡量收益率的收益率。产量比率有既定的历史在ICF等离子体诊断,他们可以确定的几个重要的地方参数(19]。我们以前用的比率和收益率的确定更准确地反应收率beam-target实验(20.),在这里,我们在direct-irradiation实验证明其效用。收益率比消除正常化未知数如反应物的局部密度,有效反应体积,和时间,作为输入几个模型参数,如平均离子动能,从粒子可以确定诊断。我们得出结论通过确定两个代理的测量的最佳候选人的反应产量在direct-irradiation实验和确认作为最好的代理beam-target实验。

2。可访问的反应

我们的目标是预测结果从实验和分析数据的aneutronic proton-boron聚变反应 。的 横截面达到b大约650 keV能量质量重心(CM),明显高于DD或DT聚变反应,因为更高的硼。事实上,大多数其他proton-boron反应需要更高的CM能源100 mb的截面方法之前,和高的横截面 在 兆电子伏范围是由于两个确定共振,与阈上兴奋的状态(21]。最近的工作解决了明显的标准化测量截面的差异(22),导致重新评估的过程作为聚变能的候选人。

其横截面达到b已经在650 keV厘米能量,低于许多其他proton-initiated反应硼的阈值, 预计最高的收益率laser-driven beam-fusion实验。较高的激光强度 W /厘米然而,实验可以提供能量的质子束到兆电子伏(20.),允许许多额外的反应自然分组为“主”或“次要的。“主要反应是由质子散射 , ,或在典型的硼或氮化硼固体目标。这些都是列在表中1峰值截面,对应的CM的能量峰值截面,和厘米的范围数据可用的能源。二次反应的二次散射粒子在硼和氮原子核最普遍的环境。这些都是列在表中2,类似于主反应。数据库包含额外的过程,例如和 ,但数据过于稀疏,更多的碎片通常使值这样的反应消极和大大小。因此,其截面应稍高收益率门槛压制他们的贡献。

绘制了相应的截面图1。全球从EXFOR集24)经常不一致的测量,包括,例如,最近规范化的解决横截面(22]。横截面数据是在我们产量的预测不确定性的一个重要来源。我们已经绘制每个截面的全球数据集没有区分他们的来源和在我们的计算,我们将使用这些全局数据符合表的标题中描述的少数例外1和2。我们不要试图模型外的截面数据的范围。相反,对于数字集成,我们被迫迅速实现最适合曲线为零以外的范围的实验数据。这个选择几乎肯定低估了几个过程。值得注意的是,的截面 , ,和所有可用二次反应的数据可能与CM能量继续增加。然而,缺乏信息排除了在任何试图量化不确定性建模的横截面。

在这些主要和次要的反应,我们确定诊断有前途的候选人。正如上面提到的,难以验证收益率大于direct-irradiation类型的实验。对于这些,我们需要一个反应发生在平行逃等离子镇定的一个产品,如中子和光子。

加强原始反应的识别,一个中子和光子产生明确的能量是可取的。放热反应 因此,更好的候选人,因为我们可以期望中子和光子谱峰值非零动能。表的主要反应1,只有两个满足这些条件,和 ,两个发射光子。的横截面数据的反应都是非常有限的。为特别是反应,可用的数据显示的趋势我们这里的计算可能大大低估了光子屈服。的二次反应,三个满足这些条件, , ,和 。

作为候选人的几个反应截面数据有限,甚至更为有限的频谱数据即将离任的中子和光子,这将是一个合理的第一步验证收益率beam-target类型的实验。因为目标仍然完好无损,我们可以测量反应更多种类的产品,特别是不稳定核素的半衰期大于实验时间。之前选择的反应的几个方法也产生不稳定原子核,特别 , ,和的半衰期年代。其他不稳定核素产生表中列出3。显著不同的半衰期使鉴定反应直接用盖革计数器放在目标可能太长半衰期和也短的半衰期为可靠的识别。是无法觉察的通过这种方式但源自反应没有特别的兴趣。

现在,合成和缩小的列表有前途的反应,两个光子,产生中子反应中脱颖而出效用。首先,承诺直接与反应 ,因为它具有相同的初始状态和产生光子能量远远高于其他产品。的大的横截面使其实际代理在短期内,虽然有不同的初始状态,引入了更多的不确定性。最终,这两个反应的收益率将决定哪个更有用的实验。

第二个可以帮助验证产量。由于这个反应是同位旋伙伴 ,横断面图非常相似的大小和能源依赖,及其测量验证proton-recycling从二级反应的作用,提出加强的一个重要机制收益率在一些实验25]。此外,是不稳定的,其收益率可以测量在beam-target独立实验。这个反应的一个小缺点是截面减少的能量远低于厘米3兆电子伏。大多数的所产生的应该高于此阈值的能量,但也失去能量迅速在寒冷中,收益率将小。

剩余的两个,(a)不幸的是没有横截面数据 ,虽然它应该产生一个峰值在光子谱,和(b)中产生的中子可能有很少的动能,使检测困难。

放射性核素、已经证明其效用在beam-target实验提供一个显著增强信心的估计收益率比直接测量的通过cr - 39 (20.]。已经检测到(20.,25),但没有一个横截面为其生产限制获得的信息。更令人吃惊的是,没有被检测到,可能由于较短的半衰期和低收益率很难区分信号。因为更好的数据存在生产截面,是几乎完全由生成的散射,我们认为这是最重要的候选人未来实验作为一种手段来帮助验证产量。和都不感兴趣的生产过程, 所以释放的中子不是一个潜在的诊断direct-irradiation实验。

3所示。收益率方程

有风选的一组有趣的反应一般良好的诊断标准的基础上融合动力学,我们现在评估各种产品的产量。

产量表达式推导解析表达式的挑战是双重的。首先,离子动能分布函数通常在电影中不同由于激光的变化。因此,离子分布应以每一个镜头以及可能用于预测。我们解决建模不完全测量有关的部分4

第二,离子动量分布异构,两个或更多的人口。短脉冲、高强度激光沉积能量到一个地区的10 - 100米从焦斑半径,我们称之为directly-irradiated (DI)体积。这本书中,电子获得许多兆电子伏能量,和离子可能会有更多的各向同性动量分布。快速电子推动本卷,主要激光束的方向,可以创建大级静电字段,加速离子的DI体积。精确的离子加速机制产生的离子光谱和形状取决于目标的厚度。融合最大化收益,我们假设目标是厚的,也就是说,大于停止这些高能离子,这样的概率进行融合是饱和的。快速离子更容易碰撞与静态离子更深的大部分目标,和反应动力学本质上是梁的融合。我们模型的收益率从这些地区和离子分开人群,解决反应DI卷第一和第二beam-fusion反应。

DI体积之间的二分法和beam-fusion地区人工,和等离子体肯定会包含一些过渡区域。鉴于到目前为止所描述的动力学,这些中间的过渡区域可能包含电子动能 ,低能量离子和一些束离子和粒子数密度的初始状态。在这个地区,离子停止减少寒冷的限制相比,融合概率是类似于beam-fusion极限。因此,对产量的贡献可以被认为是一个校正beam-fusion收益率自过渡区域的长度远小于停止范围的快速离子通过。

获得收益的起点是一个经典的总粒子数的表达式类型在2-body碰撞产生:

在这里, 是找到粒子的概率分布函数来描述 与动力 在体积元素 在时间 , 是横截面,入射粒子的相对速度。我们积分初始粒子动量,所有最终状态,所有的空间和时间反应发生。反应的兴趣,充分完成截面微分立体角通常不可用,和过程表现出共鸣的核截面不同的量子数,这表明角的依赖将会有一个强大的能源依赖,我们不会试图模型。我们可以关注总收率为最相关的可观测的实际应用和可用的测量范围从最近的实验。

我们的产量计算,考虑两个模型对应direct-irradiation和beam-target实验。

3.1。直接照射

激光沉积融合目标,大量的能量和反应发生在皮秒时间尺度的10年代离子加热但在目标扩大及其密度下降。尽管电子和离子的数量可以在这短时间内,平衡实验离子光谱经常配合的麦克斯韦分布, 。的参数能量是一个逆特征每个粒子的平均动能的分布 。我们强调局部热平衡当然不是实现,我们不承担平衡分布。麦克斯韦适合实验光谱是一个现象学的选择,使简单的定量对比照片和设施。

麦克斯韦离子分布是一个强大的简化近似:动力学模拟短脉冲激光目标交互发现离子分布可以显著提高高能离子的数量 比预期的麦克斯韦分布。考虑到高能的过剩 离子,可以改善单一麦克斯韦模型通过引入第二个麦克斯韦分布的小 。这第二个人口往往对应于梁人口显著的方向性和不太可能与更大的反应人口,被加速的DI地区在其边界等离子体领域。即便如此,贡献计算很容易因为收益率分布函数是线性的,和产量可以推导双麦克斯韦案例,总结四个收益率对应四个组合两种离子的两个值。因此,对于简单和清晰,我们使用单一麦克斯韦。

由于电子MeV-scale动能DI地区,他们的阻止本领显著降低。虽然高强度激光可以开大,短暂的,本地的电子密度的增加,离子密度随初始值远低于1倍,至少直到目标显著扩展10微微秒的时间表。因此,质子和停止范围(米)肯定是大于DI的半径区域(米),我们认为离子能量损失可以忽略不计DI地区的持续时间。

鉴于这些条件,给定进程的收益率是直接来源于方程(1)。反应体积是几倍焦量,但一般不精确。反应将持续只要等离子体相对密度高达几皮秒,尽管这种等离子体有时称为“监禁时间”也不是就。因此,我们考虑收益率为一个单位时间内单位体积 反应的非相对论离子麦克斯韦分布: 的参数 为 密度数量,质量,和逆意味着两种离子的动能。其余的参数是约化质量 ,逆的意思是动能,差和组合。

其结果是即使在因为它必须因为标签的选择是任意的,收益率应该是积极的。集成变量对应的相对速度的大小两个离子。集成将数值进行使用横截面的实验数据 ,这是一个CM能量的函数。小块土地是通常的误差函数定义的标准化

的极限等于平均动能在很大程度上简化了结果

考虑在特定的反应,我们的兴趣原位诊断的反应,我们引入收益的比率来消除实验未知数。初始状态相同的反应,例如,p -散射方程的所有前因子(2)取消。例如,使用反应作为诊断 ,我们可能会考虑比率 所有的质量, - - - - - -相关的参数是相同的分子和分母。只有截面不同。为 反应等考虑,中子和光子产生的光谱计算semianalytically显示宽度和小的变化峰值取决于散射离子的动量分布(26]。这允许(近似)离子被检索的参数拟合的光谱测量中子和光子。自反应已完全相同的初始状态,潜在的大体积比例等因素和时间必须相同。因此,这意味着屈服比只取决于两种离子的动能。视为一个函数这两个能量尺度,比例体现的不同截面的能源依赖,虽然不如下面描述的beam-target实验。在方程(63)因素被包括在分子数的总数对于每个生产的反应。这个成功率的数量反应是由乘以实测产量恢复光子被认为是起源于这个反应。

另一个反应对诊断 ,这不同于硼同位素的初始状态。因此,一些前因子仍屈服比:

下标的参数已经缩短了同位素硼数字清晰。前因子的测量常数,如质量,没有问题,但是对于这个比例是有用的我们必须认为密度仍然几乎不变的比率在相关期间的等离子体进化。因为电荷相同的和群众差异只有10%,我们假设最初均匀混合物的分离同位素的只能慢慢发展,在同一时间尺度(或更长时间)等离子体膨胀并扩散到自由空间。注意动态,我们预计的平均动能硼离子和质子是类似的,在括号前因子接近1。其余的比例降低动能将附近团结出于同样的原因。

另一个有用的成功率相对于 。比例会取消动态未知数的密度等 。其他proton-producing二级反应可以添加到比完全确定二次质子生产,尽管上述言论将适用于前因子。测量中子产生限制数量的质子能够被回收到的反应。在这种情况下,输入的光谱来自所有主要的反应,是一个复杂的能量函数,并预计将发生显著的变化的函数意味着离子动能。我们认为其推导过程超出了本研究的范围。

3.2。Beam-Target

beam-target实验涉及到简单的运动学。在静止坐标系与目标材料,质量重心的能量 减少质量上面给出的方程(3)。的下标表示的粒子束,下标表示粒子在目标。为散射, 。然后动量积分只运行在质子分布。目标粒子分布函数只在空间区域的非零目标材料,和集成在声束轴线和时间可变的投射光束与目标分布。

在标准beam-target实验为了最大化曝光,预期的目标放在或相邻轴的离子束。在实验课程结业者将加入慈善研讨课程特别感兴趣的,我们可以验证目标材料包含最高的离子通量的锥,∠张角 。因此,我们假设梁的横向动量小相对于纵向的势头。这些在一起意味着我们可以减少梁动量积分只纵动量和横向位置依赖融入一维梁分布函数: 在哪里表示目标的体积。在这个表达式中,纵向坐标也可以被认为是参数化的距离沿平均直线轨迹;轨迹发散光束的轴将使一个小几何校正由于退出通过一侧的目标,而不是相反。的恒定密度目标已经被外积分和目标定义为长度 。

由于能量损失在目标,梁分布的演变,因为它传播目标。首先,作为一个限制模型,我们计算收益率忽视光束能量损失。这种情况下也澄清了动力学在随后推导,包括停止。光束分布函数保持不变没有阻止,所以卷积产量目标的长度乘以光束的空间长度规模除以纵向速度,即,梁的长度乘以穿越时间和数值因素取决于光束的纵向剖面。然后,收益率可以写简单

光束分布函数减少能源依赖 。

停止被比较的重要性停止范围目标维度。停止范围被定义为 在哪里的初始能量离子与目标交互之前, 从数据是传统积极和预期的负号是由翻转限制积分补偿的。请注意, 经常在单位的能量/(质量密度)或能量(数密度),这样一个繁殖的密度中获取能量损失在单位的能量/长度。

目标温度更难估计direct-irradiation实验。随着激光能量被吸收在目标的头几个10微米(最多),大部分只是加热离子和电子加速的激光加热区域。离子占据大部分的能量转移;电子非常低(few-MeV厘米²/ g)阻止本领few-MeV能源范围相比,离子。具有类似估计laser-accelerated离子的总能量在前款规定,平均能量转移是10 - 100 eV /电子,数量级的更高,因为它的体积是沉积是数量级较小 。与温度有关的修正离子阻止将花费在这种情况下。由于这个原因,在收益率计算下面,我们比较零度停下来有限温度下停止。

零度的目标和硼离子能量较高的代表预期的分布,SRIM预测20兆电子伏质子的停止范围为2毫米,8兆电子伏38微米。然而,目标可以通过离子束和加热的更高能量的电子加速的激光离子源的驱动程序。使用的停止范围小于目标长度甚至最高能量离子的总能量沉积的总能量束进入目标。甚至相对高能离子从德州Petawatt获得总离子束能量转移到目标激光能量。的上限德州Petawatt 10 J存入一个半球的半径等于2毫米范围,硼和氮化硼的具体加热意味着温度变化 K- - - - - - 电动汽车。没有直接测量电子的离子源发出的光谱,我们采取一个估计。虽然离子加速实验和模拟表明,电子吸收激光等离子体相互作用中的类似的能量离子、电子在能量沉积效率较低的目标。因此,估计上限目标中的能量沉积的电子是10 J。碳和其他重型离子可能来自于离子源携带能量等于或小于质子和在任何情况下后到达。因此,我们最好的估计目标的温度仍然存在 电动汽车。这个估计,远低于功函数( )目标材料,符合目标的生存的交互。

然而,供参考和比较,图2显示了阻止本领和停止范围方程(11)对寒冷和高温( 凯文)硼和氮化硼。这种非物质的高目标温度是选择表现出其对收益率的影响可以忽略不计利益的过程。阻止了电力数据计算使用增强RPA-LDA Mehlhorn (eRPA-LDA)模型(27,28]。为低能量离子短,停止范围和范围一般小于典型的长度(厘米)的目标。最高能量的质子( 兆电子伏)停止范围大于或等于目标长度,但他们的数量,因此贡献更小一个数量级或更多。忽视这个not-quite-stopped组件,因此,一个错误的或更低,小于横截面的误差传播当然比错误由于有限的能量范围的横截面数据。因此,我们的工作精度,目标可以被认为是“厚”,几乎所有粒子光束将被停止。

“厚靶产生”的传统定义一个单色的输入 在哪里 从数据是传统积极和预期的负号是由翻转限制积分补偿的。的密度因素转换列表 数据转换成能量损失单位长度取消收益率目标核的密度。注意集成可以有效地限制能量范围在不小的横截面。因为大多数订单1兆电子伏,截面有阈值的图2表明,阻止物质只有在有限温度下的修正 凯文。提高目标温度增加的能量弹 达到最大值,但1 keV温度远高于可以动态地实现在一个典型的beam-target实验没有外部加热。

厚的目标收益率的主要反应在图3显示这些属性。和显示目标温度,因为最大的灵敏度最大横截面,截面的只是用于厘米能量 ,在哪里 曲线不同。

产品的总收率细胞核通过整合厚梁目标收益率,加权的光束能量分布 :

产量比率beam-fusion几何,如direct-irradiation实验,分析消除依赖几何因素产生,如目标长度和密度。不明显,光束能量分布的整体规范化也取消比率,因为一个很容易写 在哪里是粒子的总数(与目标交互)和是一个规范化的离子能量的概率分布。例如,的比例从来从是 同样的阻止本领 和规范化的质子谱。删除这个依赖梁的总数显著减少不确定性在实践中考虑到可用在射门光束测量。

收益率比保留光束能量分布的重要信息。见图1,不同的反应有不同的阈值和碰撞能量的截面接近其最大范围通常在0.1 - 1 b。收益率比大大提高,以防光束能量分布达到一个反应的阈值而不是其他。因为laser-driven离子光束通常有一个广泛而减少能量分布在低能量,典型的案例是,梁可能包含有足够能量的离子反应阈值较低但不反应阈值更高。因此,例如,有一个峰值截面约650 keV而大约有一个峰值,7伏,麦克斯韦分布 5兆电子伏将产生显著的粒子而不是 。这种效果是显示在图4。

4所示。建模和结果

已经建立了一些建模和假设设置表达式的产量。现在,我们讨论的细节和定量模型的输入。

见表1和2和图1,感兴趣的截面数据只提供有限的范围的CM能量。可用的数据和比较类似的反应表明,截面可能有类似的值在更广泛的CM的能量。然而,为了避免过度投机和建模,我们假设截面迅速消失在可用数据范围。考虑到离子也意味着不可能超过动能兆电子伏,收益率的计算结果可能会根据估计的几倍,但不会超过十个。

4.1。直接照射

收益率比消除依赖本地动态数量,包括有效的反应体积,监禁时间和密度。我们需要的绝对规模和相对动能两种离子的动能。绝对能源规模取决于有效的激光能量传输等离子体,进而通常取决于激光特性,如总脉冲能量、脉冲长度(如果它大于ps-scale),和对比。设施之间进行比较,我们扫描绝对动能尺度,使用质子平均动能作为参考。对强度高达W /厘米 ,我们预计目标内的离子动能,MeV-scale作为典型的激光场的动力来自一个周期,所以也从plasma-generated静电场。

相对动能可以从运动学估计。同样的磁场强度和持续时间的交互,对离子的相对工作费用 和质量 是 。这表明典型的质子的能量应该小于(完全电离)硼的2.5倍(即, )。良好的实验测量离子动能分布在激光加热目标很难得到。幸运的是,我们发现的绝对收益率主要是敏感动能规模,控制离子分布高于阈值多少厘米能源由截面。一旦CM的阈值能量是通过多数分布,收益率进一步增加动能变得不那么敏感。在下个订单,收益率方程(2)是更敏感的动能较重的离子,由于残留指数依赖 。但是请注意,这些收益可能增加一些高动能范围如果在更广泛的截面数据厘米能量。这些结果在图展出5。

的相对不敏感离子意味着动能可能是工件截面可用的有限的数据范围,导致厚的目标收益率迅速高原之上兆电子伏。更大的敏感性平均动能可以让收益率比使用更传统的方式:测量两个产量比率决定意味着离子动能在目标精度高。这种方法实际上是收益比率是如何重离子碰撞中常用的(29日]。特别是,如果光子过程和可以发现,这些光子产量的比例就可以探测目标离子的平均动能。我们预计光子的敏感性比只能建立更多的横截面数据。

4.2。梁目标

更多的实验信息可用的输入beam-target设置。与一个 总收率降低,实验可以测量laser-produced离子束在射门。例如,目标可以光束的立体角半壁江山,所以另一半光束传播平静的诊断。由于离子加速机制方位对称或最多显示一个偶极子方位模式(例如,在美国银行(30.]),我们可以推断出无边无际的一半的镜像分布测量的一半。实验课程结业者将加入慈善研讨课程和其他经常显示单引号或双麦克斯韦离子光谱。简单性和清晰性,我们考虑一个单一的麦克斯韦分布描述光束,虽然小得多比DI-region离子分布参数。双麦克斯韦的产量是一个适当的加权叠加产生的单一麦克斯韦,和对产量的影响比率可以自然地推导出。

我们第一次比较收益率的产量在硼和氮化硼的目标。如图4截面和预期目标的温度,光束能量损失是近似值,寒冷的限制,我们在这里使用。在硼的目标,的主要来源是在氮化硼粒子,目标,过程可以提供一个类似的数字。因此,对于BN的目标,我们既显示总来率和收益率相对于(总)收益率,以便测量可以同时测量相比数量收益率(例如,cr - 39)和用于估计的数量反应发生。

光子也产生的和beam-target几何的过程。探测光子的beam-target实验是一种自然原理/验证步骤之前使用光子测量诊断direct-irradiation实验。如图6,光子收益率5到6数量级小于产生和显示不同的光束的依赖参数beam-target实验相比quasi-thermal等离子体的直接照射。的产量山峰大约兆电子伏由于窄范围的能量截面数据是可用的;这个峰值可能消失更完整的横截面数据。

5。结论

我们有,因此,抵达与诊断潜在的反应和他们的产品列表:(1) 是由三个反应在表1几百毫靶的横断面图5 - 20兆电子伏能量质量重心范围。第三个通道, ,一般的贡献不到总收率。虽然它需要较高的质子能量,ultrahigh-intensity激光器,实验1每10 - 100生产吗粒子的反应(见图7)。模的一些不确定性建模质子束,收益率因此提供了一个强大的,易于测量信号以证实或替代的直接测量收益率(20.]。(2) 相同的初始状态吗 ,所以direct-irradiation和beam-target实验中,宏观因素如密度,体积,和时间以及物理常数前因子取消产生率。这个过程的缺点是其横截面和更高的门槛低:只有1光子每百万预计的反应,根据图5。这表明这种光子产生在最近的实验中,如引用(5,7,20.]。等待一个直接测量光子能量应该容易区分兆电子伏。(3) 通常涉及boron-10,留下重要的产额比前因子。虽然这些前因子预计订单1,由于类似的动力学boron-10与硼- 11在激光加热目标,他们引入额外的不确定性,这也与融合的持续时间长。收益率比图5预计1光子/ 100000 ,这意味着大约这种光子在最近实验。光子能量较低,但仍可能足够高的几兆电子伏范围区分于其他等离子体源。(4) 没有评估但确凿的极佳人选吗如果可以测量中子数。这个反应也可能决定的重要性回收可能由于near-unity屈服比同位旋伙伴的反应 。粗略估计的目标收益率的厚4兆电子伏表明,的在这一过程可能转化为产生中子。中子足够慢很容易被飞行时间光谱仪。

另一个反应可能是一个很好的代表收益率如果其截面独立测量在传统核散射实验: 。这个反应产生一个不稳定核素的好处,它的收益率可以首先检查在beam-target实验。我们还指出,两个photon-producing进程之间的比例,和 ,可以提供一个测量敏感意味着等离子体中的离子的动能。然而,它的精度是目前严重限制了小截面数据 。

考虑到实验的兴趣和潜在的应用反应和其他laser-driven聚变反应,我们强烈建议增加参与物理accelerator-nuclear社区提高截面测量并添加光子和中子诊断。粒子收益率和收益率比率可以成为一个强大的工具来确定laser-driven聚变等离子体条件以同样的方式,他们已经彻底为探测核物质开发的等离子体。

数据可用性

核截面从EXFOR数据库上都是免费的。能量损失的预测和表数值的结果集成可从作者要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

工作表现的赞助下德州大学奥斯丁分校的部分支持由美国国家科学基金会在批准号2108921和美国空军科学研究办公室批准号。fa9550 - 14 - 1 - 0045。这工作和相关实验德克萨斯大学,奥斯丁也支持部分HB11能源企业,有限公司实验时间在德州Petawatt被LaserNetUS提供。