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

Aktualität NIF Fertiggestellt 2009 Beginn Experimente 2009 Erste Kampagne 2010 Erster Versuch der Zündung 3/ 2010 BBC- ONLINE 28.1.2010 | |

I ICF/MCF direct/indirect drive Inhalt I ICF/MCF direct/indirect drive II NIF III Aktuelle Kampagne IV EU-Projekte - Fast Ignition V Hybridsysteme LIFE | |

Trägheitsfusion Plasma Einschlussbedingung: Lawson Kriterium: nτ = 1014 Magnetic Confinement Fusion Dichte = 1014 cm-3 Einschlusszeit = 1 Sekunde Inertial Confinement Fusion Dichte = 1025 cm-3 Einschlusszeit = 10 Pikosekunden Bestrahlung der Oberfläche Kompression (Raketen- prinzip) Zentrale Zündung Burn | |

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. | |

Zündung bedarf der Optimierung von: 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 (200-1000 g/cc) fusion ignition (~ 10 keV) fusion burn backscattering Zündung bedarf der Optimierung von: 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 laser High-Z hohlraum DT fuel capsule Wall losses mid(low)-Z fill slows down wall motion x-rays LEH losses | |

NIF Aufgabe: Verlässliche Zündung einer Fusionsreaktion mit Gain bei This work performed under the auspices of the U.S. Department of Energy by Lawrence Livermore National Laboratory under Contract DE-AC52-07NA27344 Aufgabe: Verlässliche Zündung einer Fusionsreaktion mit Gain bei niedrigstmöglicher Lasernergie | |

8 | |

| |

| |

Eine von zwei Laserbays NIF-0506-11956 | |

| |

| |

15 | |

Der Hohlraum | |

Erstes überraschendes Ergebnis der ersten Kampagne: 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 | |

| |

Weitergehende Ansätze Optimierte, isobarische Zündung (e.g. mit 2ω) 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 | |

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

Fast Ignition Atmosphere formation Compression Ignition Burn 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) | |

Als Fast Ignitor wird untersucht: Elektronen, Protonen und Ionen, mit Konus und Schock-Ignition -200 -400 200 400 z (μm) r (μm) 0.01 35 ρ (g/cm3) r (μm) -200 -400 200 400 z (μm) log10 ρ (g/cm3) 3 -1 r (μm) -200 -400 200 400 z (μm) Honrubia et al | |

EU- Projekt der Community | |

HiPER das rein zivile europäische Projekt für Fast Ignition Implosionsenergie: 200-300kJ/5ns/3ω0 40 Strahlen 10 m Targetkammer 2. PW beamlines: 70kJ 10ps, 1 or 3ω 3. OPCPA Konfiguration für 100 PW Strahl (probe!) und/oder 2 EW (driver) An entirely civilian proposal to achieve high gain Fast Ignition IFE & basic science : cross-EU initiative | |

| |

Die ideale Lösung wäre... Danke | |