Studio di simulazione del cono

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9454 (2023) Citare questo articolo

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Il potere frenante delle particelle cariche rilasciate dalle reazioni nucleari deuterio-trizio è stato ampiamente studiato nei regimi di plasma da debolmente a moderatamente accoppiati. Abbiamo modificato il quadro di arresto della teoria del potenziale efficace convenzionale (EPT) per avere una connessione pratica per studiare le caratteristiche di perdita di energia degli ioni nel plasma di fusione. Il nostro modello EPT modificato differisce dalla struttura EPT originale per un coefficiente d'ordine \(1 + {2 \matord{\left/ {\vphantom {2 {(5}}} \right. \kern-0pt} {(5} }\ln \overline{\Xi }),\)(\(\ln \overline{\Xi }\) è una generalizzazione dipendente dalla velocità del logaritmo di Coulomb). Le simulazioni di dinamica molecolare concordano bene con il nostro quadro di arresto modificato. studiamo il ruolo dei relativi formalismi di arresto nell'accensione ionica rapida, simuliamo la configurazione cono-in-guscio sotto l'incidenza del raggio di alluminio accelerato dal laser. Nella fase di accensione/bruciatura, le prestazioni del nostro modello modificato sono in accordo con la sua forma originale e il teorie convenzionali Li-Petrasso (LP) e Brown-Preston-Singleton (BPS). La teoria LP indica la velocità più rapida nel fornire condizioni di accensione/bruciore. Il nostro modello EPT modificato con una discrepanza del \(\sim\) 9%, ha il maggior accordo con la teoria LP, mentre quello dei metodi originali EPT (con una discrepanza del \(\sim\) 47% rispetto a LP) e BPS (con una discrepanza del \(\sim\) 48% rispetto a LP) mantengono la rispettivamente il terzo e il quarto contributo nell'accelerare il tempo di accensione.

In un plasma fortemente accoppiato, come quello della fusione a confinamento inerziale (ICF), si sono verificati alcuni processi, tra cui la diffusione o il rilassamento della temperatura, che richiedono una profonda comprensione del complesso sistema del plasma1. Inoltre, sono presenti gli effetti di screening o di correlazione dei componenti del plasma2,3. In questo caso, viene considerato un classico plasma monocomponente (OCP), in cui un determinato proiettile si muove in presenza di uno sfondo neutralizzato inerte. La sua energia viene studiata utilizzando simulazioni di dinamica molecolare (MD). Nonostante il fatto che gli effetti del forte accoppiamento di Coulomb siano inclusi in un OCP, la fisica degli elettroni e le molteplici specie nel plasma denso non sono state considerate4,5,6,7.

Recenti studi sperimentali indicano che il potere di arresto degli ioni che si propagano in regimi di plasma caldo e denso supporta le previsioni dei formalismi analitici del potere di arresto di Li-Petrasso (LP) e Brown-Preston-Singleton (BPS)8,9,10. Tuttavia, questi due modelli comunemente accettati non sono appropriati per la risposta dielettrica. Operano all'interno dei regimi plasmatici da debolmente a moderatamente accoppiati. Mentre nei plasmi fortemente accoppiati, i metodi basati sulla meccanica quantistica, come la teoria funzionale della densità orbitale libera ab initio dipendente dal tempo (TD-of-DFT), forniscono un modello di arresto delle particelle cariche più preciso11,12,13. Ding et al. ha dimostrato che l'uso della teoria TD-di-DFT ab initio con l'ipotesi che le particelle alfa prodotte da deuterio-trizio (DT) possano aver portato a ridurre il potere di arresto fino al 25% rispetto alle strutture di arresto convenzionali utilizzate nell'alta tecnologia. plasmi a densità di energia (HEDP)14. Inoltre, considerando gli estesi dati Monte Carlo con percorso integrale, Groth, Dornheim e colleghi hanno confermato i risultati per la risposta di densità dinamica del gas di elettroni in un regime di materia densa calda (WDM)15,16. Più recentemente, sviluppando la rappresentazione di apprendimento automatico ab initio quantum Monte Carlo (QMC), Moldabekov et al. si è concentrato sul potere di arresto indotto dalla polarizzazione a causa della velocità di lotta, degli elettroni liberi e delle funzioni di attrito per studiare il potere di arresto delle particelle cariche nei plasmi densi non ideali17.

Nel 2014, Baalrud e Daligault hanno proposto una nuova teoria nota come teoria del potenziale efficace (EPT) per estendere la teoria del trasporto del plasma da regimi plasmatici debolmente a fortemente accoppiati7,18. Hanno derivato un'espressione per il coefficiente di trasporto mediante l'espansione di Taylor dell'operatore di collisione basato su Fokker-Planck (FP). Il loro modello può essere applicato per calcolare il potere di arresto delle particelle cariche incidenti nel plasma bersaglio. In questa teoria, le interazioni delle particelle avvengono tramite il potenziale della forza media18,19. Inoltre, si ritiene che il volume escluso nelle interazioni repulsive implementi una versione modificata dell'equazione cinetica di Enskog per le sfere dure18. La validazione di esperimenti e simulazioni MD ha dimostrato che il modello EPT è ragionevolmente accurato con la possibile eccezione dei parametri di correlazione di tipo liquido, con la forza di accoppiamento, Γ (cioè il rapporto tra l'energia di Coulomb e quella termica), di circa 10–50 , per OCP18. Hanno anche concluso che le previsioni basate su EPT rispetto alle forme FP dell'equazione cinetica probabilmente porteranno a previsioni simili per il coefficiente di trasporto.