磁化靶聚变中反场构形磁场匹配对等离子体靶物理特性影响研究

Field Reversed Configuration (FRC) is one of the most important unit technology in Magneto-Inertial Fusion (MIF) which is a hybrid of Inertial Confinement Fusion (ICF) and Magnetic Confinement Fusion (MCF). Especially the formation process of the FRC directly determines most important characteristic like plasma density, temperature, life time, repeatability and so on. In the formation process, matching relation of magnetic field and the trigger time are more important than other parameters. This study will be completed in the "YingGuang-1" experiment device, and diagnosis based on a variety of optical and electrical diagnostic methods. Theoretical and experimental study are combination with existing simulation platform and also a preliminary theoretical analysis of FRC plasma target.

磁惯性约束聚变是介于惯性约束聚变和磁约束聚变之间的一类新兴混合聚变模式。反场构形是磁惯性约束聚变中最重要的单元技术之一，特别是反场构形的气体形成过程直接决定了反场构形产生等离子体的密度、温度、寿命、重复性等性质。而在反场构形等离子体靶形成过程中，初始磁场、主磁场的匹配关系及触发时机是值得深入研究的重要参数。本研究将在已经建成的“荧光-1”装置上，基于多种光学和电学诊断手段，理论与实验结合开展FRC等离子体靶在不同初始及主磁场强度下物理特性的研究，并利用已有模拟平台探索可能的影响靶物理特性的内在因素机制，给出反场构形等离子体靶的初步理论分析，并尝试获取等离子体靶物理规律性的认识。

作为磁惯性约束聚变中最重要的单元技术之一，反场构形靶形成过程中初始磁场、主磁场的匹配关系及触发时机是值得深入研究的重要参数。本研究在“荧光-1”装置上，基于干涉仪、分幅相机等诊断手段，开展FRC等离子体靶在不同初始及主磁场强度下的物理特性研究，并利用已有模拟平台开展对比研究，给出反场构形等离子体靶的初步理论分析。.主要研究内容包括磁场匹配对FRC靶物理特性影响研究以及对结果的理论分析。前者主要在装置主要参数范围内开展实验特性研究，根据诊断手段给出靶物理特性状态，建立“荧光-1”的FRC靶参数数据库。以此为基础，后者结合MPF模拟平台对数据库的结果进行进一步的研究，给出初步的理论分析。.主要成果包括：基于“荧光-1”实验装置，开展了磁场匹配特性的系列研究，初步在“荧光-1”装置的主要参数区间建立了FRC等离子体靶参数特性库。开展的MPF对比模拟研究给出了初步的理论分析结果，基本掌握了磁场匹配对靶形成特性的影响，为进一步的研究开展奠定基础。初步的分析给出，在主参数范围内，较强的初始磁场和相对较弱的主场对于提高等离子体靶寿命具有帮助。但过于追求等离子体靶寿命参数将对传输、约束造成影响。.本项目研究作为后续开展相关研究提供保障。进一步地掌握各种磁场参数下等离子体物理特性，完整绘制“荧光-1”实验装置上FRC靶参数特性对磁场匹配的响应表，掌握等离子体靶稳定形成技术，并且掌握在同等实验条件下具有通用性特性和技术，将为开展形成、加速、约束的实验研究并为聚变方案设计提供切实的数据基础。