Abstract

Inertial confinement fusion is a promising option to provide massive, clean, and affordable energy for humanity in the future. The present status of research and development is hindered by hydrodynamic instabilities occurring at the intense compression of the target fuel by energetic laser beams. A recent proposal by Csernai et al. [1] combines advances in two fields: detonations in relativistic fluid dynamics and radiative energy deposition by plasmonic nanoshells. To avoid instabilities, the initial compression of the target pellet can be eliminated or decreased. Rapid volume ignition can be achieved by a final and more energetic short laser pulse, which should be as short as the penetration time of the light across the target. In the present study, we discuss a flat fuel target irradiated from both sides simultaneously. Here we propose ignition with smaller compression, by largely increased energy, and entropy increase. Instead of external indirect heating and huge energy loss, we aim for maximized internal heating in the target with the help of recent advances in nanotechnology. The reflectivity of the target can be made negligible, and the absorptivity can be increased by one or two orders of magnitude using plasmonic nanoshells embedded into the target fuel. Thus, we achieve higher ignition energy and radiation-dominated dynamics. Here in most of the interior, we will reach the ignition energy simultaneously based on the results of relativistic fluid dynamics. This reduces development of instabilities, which up to now prevented the complete ignition of the fuel.

中文翻译：

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靶标辐射为主的内爆

摘要

惯性约束聚变是将来为人类提供大量，清洁和负担得起的能源的有前途的选择。由于高能激光束强烈压缩目标燃料时发生的流体动力学不稳定性，阻碍了当前的研究和开发。Csernai等人的最新建议。[1]结合了两个领域的进步：相对论流体动力学的爆炸和等离子体纳米壳的辐射能沉积。为了避免不稳定性，可以消除或减少目标药丸的初始压缩。可以通过最终的，能量更高的短激光脉冲来实现快速的体积点火，该短激光脉冲应与光穿过目标的穿透时间一样短。在本研究中，我们讨论了从两侧同时照射的扁平燃料目标。在这里，我们建议以较小的压缩来点火，通过大大增加能量来增加熵，并增加熵。代替外部间接加热和巨大的能量损失，我们的目标是借助纳米技术的最新进展，最大化目标内部的加热。使用嵌入到目标燃料中的等离激元纳米壳，可以使目标的反射率可以忽略不计，并且吸收率可以提高一个或两个数量级。因此，我们获得了更高的点火能量和辐射主导的动力学。在此，在大多数内部空间中，我们将根据相对论流体动力学的结果同时获得点火能量。这减少了不稳定性的发展，这种不稳定性直到现在还阻止了燃料的完全点火。代替外部间接加热和巨大的能量损失，我们的目标是借助纳米技术的最新进展，最大化目标内部的加热。使用嵌入到目标燃料中的等离激元纳米壳，可以使目标的反射率可以忽略不计，并且吸收率可以提高一个或两个数量级。因此，我们获得了更高的点火能量和辐射主导的动力学。在此，在大多数内部空间中，我们将根据相对论流体动力学的结果同时获得点火能量。这减少了不稳定性的发展，直到现在为止还阻止了燃料的完全点火。代替外部间接加热和巨大的能量损失，我们的目标是借助纳米技术的最新进展，最大化目标内部的加热。使用嵌入到目标燃料中的等离激元纳米壳，可以使目标的反射率可以忽略不计，并且吸收率可以提高一个或两个数量级。因此，我们获得了更高的点火能量和辐射主导的动力学。在此，在大多数内部空间中，我们将根据相对论流体动力学的结果同时获得点火能量。这减少了不稳定性的发展，直到现在为止还阻止了燃料的完全点火。使用嵌入目标燃料中的等离子纳米壳，可以将吸收率提高一到两个数量级。因此，我们获得了更高的点火能量和辐射主导的动力学。在此，在大多数内部空间中，我们将根据相对论流体动力学的结果同时获得点火能量。这减少了不稳定性的发展，这种不稳定性直到现在还阻止了燃料的完全点火。使用嵌入目标燃料中的等离子纳米壳，可以将吸收率提高一到两个数量级。因此，我们获得了更高的点火能量和辐射主导的动力学。在此，在大多数内部空间中，我们将根据相对论流体动力学的结果同时获得点火能量。这减少了不稳定性的发展，直到现在为止还阻止了燃料的完全点火。