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第29卷第1期 计 算 物 理 V01．29．No．1 CHINESE OFCOMPUTATIONALPHYSICS Jan．．2012 2012年1月 JOURNAL 文章编号：1001．246x(2012)Olm082_05 利用超高能中子诊断惯性约束聚变的燃烧 李 树， 田东风2， 邓 力1 (1．北京应用物理与计算数学研究所，北京lo0088；2．中国工程物理研究院，四川绵阳621900) 摘 要：惯性约束聚变靶丸中，高能中子相互之间发生碰撞将导致超高能中子的产生．本文讨论超高能中子产生 与聚变燃烧速率的关系．数值模拟理想模型，分析超高能中子产生量与平均烧氚体积的关系，讨论利用出壳超 高能中子流与烧氚量诊断二维效应和混合效应．进一步分析出壳超高能中子流与平均烧氚率的关系，探讨利用 超高能中子诊断平均烧氚温度并判断是否发生非平衡效应问题． 关键词：惯性约束聚变；中子碰撞；超高能中子；烧氚诊断 中图分类号：0571．51 文献标识码：A O 引言 Confinement 惯性约束聚变(Inertial Fusion，简称IcF)是依赖物质惯性压缩、加热热核燃料，使之发生热 核反应，释放能量的过程¨]．利用激光驱动的惯性约束聚变装置中，无论是直接驱动还是间接驱动都或多或 少存在驱动的对称性及流体力学不稳定性问题旧J，这些问题可能引起一些重要物理效应，例如非平衡效应、 二维效应、混合效应等，这些效应直接影响聚变燃烧时等离子体的温度和密度，从而影响聚变燃烧速率和聚 变靶丸的增益．因此，可以通过诊断聚变燃烧速率来判断激光驱动及内爆过程中是否发生这些重要物理效 应，进而寻找改进措施；同时，在未来的聚变能发电站中，DT燃烧效率(经济性)及聚变靶丸的射人速率也都 与燃烧速率密切相关．因此，聚变燃烧状况的诊断是惯性约束聚变的重要研究课题之一． 1超高能中子与聚变燃烧速率的关系 MeV附近，通常称这类中子为 DT聚变中子能量服从Gaussian聚变谱分布，能量绝大部分分布在14．1 MeV向两边扩展．一般情况下，聚变温度维 “聚变高能中子”．随聚变温度的不同，中子能量范围由峰值14．1 MeV的中子产生概率小于十亿分之一．因此，为了 持在1～2亿度，此条件下聚变高能中子中能量超过15．5 MeV的中子为“超高能中子”． 便于与DT聚变高能中子相区分，通常定义能量超过15．5 聚变靶丸中，中子密度可能达到与其所处介质原子核密度接近，中子与中子碰撞的概率不容忽略．高能 MeV的 中子(主要是几个MeV以上能量)相互之间发生碰撞便有可能产生超高能中子，尤其是能量超过20 中子基本上只能产自于聚变高能中子相互间的碰撞．理论上两个14．1MeV的中子直角相碰后，中子的能量 分布范围为(0E28．2MeV)，且中子间的多次碰撞可能产生更高能量的中子．超高能中子产生率与中子 相互间的碰撞率及中子能谱紧密相关，对于定常系统，“超高能中子产生数目主要与中子源强的2次方呈比 例关系’’‘31． 在氘氚聚变系统(非定常系统)中，DT聚变反应进行的速率(即烧氚速率)是一个核心的特征量¨1．烧氚 速率的定义是“单位时间、单位体积的烧氚克数”，用Ⅳ(单位：g·¨s“)来表示： oc (1) Ⅳ3 p2nDnT(伊矽)DT， 收稿日期：201l—03一ll；修回日期：2011一06一09 基金项目：中国工程物理研究院科学技术发展