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1 | | Laserfusion Status und Perspektiven Markus Roth Technische Universität Darmstadt Institut für Kernphysik, 64289 Darmstadt.

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Präsentation zum Thema: "1 | | Laserfusion Status und Perspektiven Markus Roth Technische Universität Darmstadt Institut für Kernphysik, 64289 Darmstadt."—  Präsentation transkript:

1 1 | | Laserfusion Status und Perspektiven Markus Roth Technische Universität Darmstadt Institut für Kernphysik, Darmstadt

2 2 | | Aktualität BBC- ONLINE NIF Fertiggestellt 2009 Beginn Experimente 2009 Erste Kampagne 2010 Erster Versuch der Zündung 3/ 2010

3 3 | | I ICF/MCF direct/indirect drive IINIF IIIAktuelle Kampagne IVEU-Projekte - Fast Ignition VHybridsysteme LIFE Inhalt

4 4 | | Trägheitsfusion Bestrahlung der Oberfläche Kompression (Raketen- prinzip) Zentrale Zündung Burn Magnetic Confinement Fusion Dichte = cm -3 Einschlusszeit = 1 Sekunde Inertial Confinement Fusion Dichte = cm -3 Einschlusszeit = 10 Pikosekunden Plasma Einschlussbedingung: Lawson Kriterium: n = 10 14

5 5 | | Einige Zahlen Bei R=3 g/cm 2 i.e. f b =30% Y=100 MJ/mg 1 mg DT muss komprimiert werden zu 336 g/cm 3 oder 1680 x Festkörperdichte (0.2 g/cm 3 ) für R=3 g/cm 2.

6 6 | | Um die enormen Anforderungen an die Symmetrie zu gewährleisten wird in der ersten Kampagne die indirekte Zündung versucht indirect Illumination by x-rays fuel capsule compression ( g/cc) fusion ignition (~ 10 keV) fusion burn High-Z hohlraum DT fuel capsule mid(low)-Z fill slows down wall motion laser backscattering Wall losses LEH losses x-rays Zündung bedarf der Optimierung von: Hohlraum Design Hohlraum 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

7 7 | | 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 bei niedrigstmöglicher Lasernergie

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11 11 | | NIF Eine von zwei Laserbays

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15 | | Der Hohlraum

16 16 | | 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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18 18 | | Weitergehende Ansätze Optimierte, isobarische Zündung (e.g. mit 2 ) Double shell (non-cryo solution?) Elektronen Fast Ignition (mit oder ohne Cone) Protonen Fast Ignition KE foil Ignition Shock 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 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

19 19 | | Anlagen weltweit (real & planned) LMJ iLIFT NIF Plus: SG-III

20 20 | | 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 CompressionIgnitionBurn

21 21 | | z ( m) r ( m) (g/cm 3 ) Als Fast Ignitor wird untersucht: Elektronen, Protonen und Ionen, mit Konus und Schock-Ignition Honrubia et al r ( m) z ( m) log 10 (g/cm 3 ) 3 r ( m) z ( m)

22 22 | | EU- Projekt der Community

23 23 | | 2. PW beamlines: 70kJ 10ps, 1 or 3 1.Implosionsenergie: kJ/5ns/ Strahlen 10 m Targetkammer HiPER das rein zivile europäische Projekt für Fast Ignition An entirely civilian proposal to achieve high gain Fast Ignition IFE & basic science : cross-EU initiative 3. OPCPA Konfiguration für 100 PW Strahl (probe!) und/oder 2 EW (driver)

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25 25 | | Die ideale Lösung wäre... Danke


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