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LaserfusionStatus und Perspektiven

Markus RothTechnische Universität DarmstadtInstitut für Kernphysik, 64289 Darmstadt

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Aktualität

BBC- ONLINE 28.1.2010

NIF Fertiggestellt 2009

Beginn Experimente 2009

Erste Kampagne 2010

Erster Versuch der Zündung

3/ 2010

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I ICF/MCF direct/indirect driveII NIFIII Aktuelle Kampagne IV EU-Projekte - Fast IgnitionV Hybridsysteme LIFE

Inhalt

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Trägheitsfusion

Bestrahlungder Oberfläche

Kompression(Raketen-prinzip)

Zentrale Zündung Burn

Magnetic Confinement Fusion Dichte = 1014 cm-3

Einschlusszeit = 1 Sekunde

Inertial Confinement Fusion Dichte = 1025 cm-3

Einschlusszeit = 10 Pikosekunden

Plasma Einschlussbedingung: Lawson Kriterium: nτ = 1014

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

indirectIllumination

by x-rays

fuel capsulecompression

(200-1000 g/cc)

fusionignition

(~ 10 keV)

fusionburn

High-Z hohlraumDT fuel

capsule

mid(low)-Z fill slows down wall motion

laser

backscattering

Wall losses

LEH losses

x-rays

Zündung bedarf der Optimierung von:Zündung bedarf der Optimierung von:• Hohlraum DesignHohlraum 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

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

NIF

Aufgabe: Verlässliche Zündung einer Fusionsreaktion mit Gain beiniedrigstmöglicher Lasernergie

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NIF-0506-11956

Eine von zwei Laserbays

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Der Hohlraum

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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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Weitergehende Ansätze

Optimierte, isobarische Zündung (e.g. mit 2ω)Double shell (non-cryo solution?)Elektronen Fast Ignition (mit oder ohne Cone)Protonen Fast IgnitionKE foil IgnitionShock Ignition, …

WARUM?• kleinere Infrastruktur; höherer Gain; • Verbesserte Toleranz gegen Laser/Target nichtidealitäten • Breitere Basis für Grundlagenforschung• Möglichkeit Tritium zu vermeiden (oder zu reduzieren)

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)

LMJ

iLIFT

NIF

Plus: SG-III

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Fast Ignition

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)

Atmosphere formation

Compression Ignition Burn

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0 -200 -400 200 400z (μm)

r (μm

)

0

-200

-400

200

400

0.01

35ρ (g/cm3)

Als Fast Ignitor wird untersucht:Elektronen, Protonen und Ionen, mit Konus und Schock-Ignition

Honrubia et al

r (μm

)

0

-200

-400

200

400

0 -200 -400 200 400z (μm)

log10ρ (g/cm3) 3

-1

r (μm

)

0

-200

-400

200

400

0 -200 -400 200 400z (μm)

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EU- Projekt der Community

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2. PW beamlines: 70kJ 10ps, 1 or 3ω

1. Implosionsenergie: 200-300kJ/5ns/3ω0

40 Strahlen10 m Targetkammer

HiPER das rein zivile europäische Projekt für Fast Ignition

An entirely civilian proposal to achieve high gain Fast IgnitionIFE & basic science : cross-EU initiative

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

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Die ideale Lösung wäre...

Dank

e