بهبود بهره انرژي با پيكربندي سوخت DT+D3He در رآكتور گداخت هسته‌اي با راه‌انداز باريكه يوني سنگين

On the energy gain enhancement of DT+D3He fuel configuration in nuclear fusion reactor driven by heavy ion beams

اميد است كه استفاده از سوخت‌هاي پيشرفته در نسل دوم نيروگاه‌هاي گداخت هسته‌اي رخ دهد. محاسبات نظري نشان مي‌دهد كه در چنين سوختي، دماي بالاتر پلاسما در حدود keV 100 شرط لازم براي رونق نرخ واكنش همجوشي هسته‌اي است. با اين حال، ايجاد چنين شرايط دمايي مستلزم بهره‌گيري از راه‌انداز‌هاي بسيار قوي‌تر از آنچه امروزه در اختيار است، مي‌باشد. در اين پژوهش، با معرفي پيكربندي بهينه‌سازي شده دوگانه شامل لايه‌هاي سوخت DT و D3He، مناسب در رآكتور گداخت با راه‌انداز يوني سنگين، شرايط بهينه بهره انرژي بالا در سامانه MJ 1/3 شبيه‌سازي و استخراج گرديد. سپس نشان داده شد كه در چنين وضعيتي، بهره انرژي ايده‌آل، نسبت به حالت متناظر تك‌سوخت DT، حدود 22 درصد افزايش بازده از خود نشان مي‌دهد. در اينجا سوخت دروني DT نقش ماشه افروزشي را ايفا نموده و لايه بيروني‌تر D3He علاوه بر لايه سوختي، در حفاظ ذره و تابش نيز مؤثر بوده است.

It is expected that advanced fuels be employed in the second generation of nuclear fusion reactors. Theoretical calculations show that in such a fuel, a high plasma temperature about 100 keV is a requisite for reaction rate improvement of nuclear fusion. However, creating such a temporal condition requires a more powerful driver than we have today. Here, introducing an optimal fuel configuration consisting of DT and D-3He layers, suitable for inertial fusion reactors and driven by heavy ion beams, the optimal energy gain conditions have been simulated and derived for 1.3 MJ system. It was found that, in this new fuel configuration, the ideal energy gain, is 22 percent more comparing with energy gain in corresponding single DT fuel layer. Moreover, the inner DT fuel layer contributed as an ignition trigger, while the outer D3He fuel acts as particle and radiation shielding as well as fuel layer.