Demonstrating a Target Supply for Inertial Fusion Energy

Abstract

A central feature of an Inertial Fusion Energy (IFE) power plant is a target that has been compressed and heated to fusion conditions by the energy input of the driver. The technology to economically manufacture and then position cryogenic targets at chamber center is at the heart of futureIFE power plants. For direct drive IFE (laser fusion) energy is applied directly to the surface of a spherical CH polymer capsule containing the deuterium-tritium (DT) fusion fuel at approximately 18 K. For indirect drive (heavy ion fusion, HIF) the target consists of a similar fuel capsule within a cylindrical metal container or "hohlraum" which converts the incident driver energy into xrays to implode the capsule. For either target, it must be accurately delivered to the target chamber center at a rate of about 5-10 Hz, with a precisely predicted target location. Future successful fabrication and injection systems must operate at the low cost required for energy production (about $0.25/target, about 10 4 less than current costs).Z-pinch driven IFE (ZFE) utilizes high current pulses to compress plasma to produce x-rays that indirectly heat a fusion capsule. ZFE target technologies utilize a repetition rate of about 0.1 Hz with a higher yield This paper provides an overview of the proposed target methodologies for laser fusion, HIF, and ZFE, and summarizes advances in the unique materials science and technology development programs

Multiple Protection Methods for Cryogenic Target Delivery to the Focus of High Repetition Rate Laser Facilities

“…Рассматриваемая сферическая КТМ относится к классу тонкостенных осесимметричных оболочечных конструкций, для которых в настоящее время разработаны эффективные методы и алгоритмы решения краевых задач теории тонкостенных оболочек [25]. В монографии [25] рассмотрен также пакет прикладных программ, адаптированный к реализации вычислений на персональных компьютерах в виде интегрированной системы автоматизации конструирования и прочностных расчётов изделий машиностроения КИПР_РС/АТ2 [26]. Матрицы жёсткости конечных элементов вычисляются методом ортогональной прогонки [27].…”

Cryogenic Hydrogen Fuel for Controlled Inertial Confinement Fusion (Concept of Cryogenic Target Factory Based on FST-Layering Method)

“…КТМ (полая полимерная оболочка со сферическим шаровым слоем водородного топлива на её внутренней поверхности) должна иметь в момент облучения лазером температуру не выше 18,5 К. При этом температура стенки самой реакторной камеры может достигать значительных величин. Так, например, для камеры реактора SOMBRERO указанная величина составляет 1758 K [10]. Кроме того, на стадии ускорения в инжекторе допустимые перегрузки на КТМ могут составлять до 1000 g [11].…”

“…Современные представления по этому вопросу детально представлены в работе [5] (параметры ε1 и ε2 на с. 30); -на КТМ класса CHGT-1 падает однородный тепловой поток излучения от стенок камеры реактора SOMBRERO с температурой 1758 K [10]. Тепловой поток, поглощённый в материале мишени J, составлял от 5,0 до 0,5 Вт/cм 2 , температура мишени при её инжекции варьировалась в пределах Ti  Tinj = 10-18 K. Полу-ченные результаты численного моделирования позволяют оценить время жизни топливного ядра (т.е.…”

Cryogenic Hydrogen Fuel for Controlled Inertial Confinement Fusion (Review of World Results)

“…Мировая программа развития технологии массового производства мишеней для реакторов ИТС включает [124][125][126][127][128][129][130][131]:…”

“…Выстрел лазера по летящей оболочке Поэтому в ведущих лабораториях мира интенсивно ведутся исследования по созданию технологии, обеспечивающей формирование криогенного слоя в незакреплённых оболочках. Разрабатывается не-сколько подходов к технологии массового производства, основанной на указанном принципе, а именно: в США [130] -метод Fluidized bed (технология формирования в кипящем слое), в США и Японии [130,131] -метод Wetted foam (технология формирования слоя в пористой матрице), в России [121] -ме-тод FST (аббревиатура от free-standing target, или «незакреплённая мишень»).…”