[发明专利]一种新型高效低膨胀的黑腔构型

说明书

本发明公开了一种新型高效低膨胀的黑腔构型，包括本体，所述本体的内部设置有腔体，所述本体设置有上入射口，所述上入射口为入射激光提供让位空间；所述腔体呈橄榄球型结构；所述本体设置有环形的上凹槽，所述上凹槽的内壁为弧形结构；激光经由所述上入射口进入所述腔体内，并在所述上凹槽的内壁反射后，激活设置在所述腔体内的靶丸；本申请旨在提供一种新型高效低膨胀的黑腔构型，能够提升黑腔靶丸能量耦合效率，同时，改善内环激光传输，产生高温高品质的辐射源，为激光间接驱动惯性约束聚变点火腔型设计提供新的思路。

技术领域

本发明涉及激光聚变黑腔领域，尤其涉及一种新型高效低膨胀的黑腔构型。

背景技术

利用受控热核聚变释放的巨大干净的能量解决能源问题是人类一直追求的理想。激光间接驱动惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion，简称ICF)是受控热核聚变的方式之一，利用黑腔将激光能量转换为X射线，再由X射线烧蚀驱动填充聚变燃料的靶丸发生内爆压缩和热核点火燃烧，从而释放聚变能量。传统点火黑腔采用圆柱构型，经过十余年攻关研究，虽已取得燃料增益超过1、逐渐接近“燃烧等离子体”状态(即聚变由反应本身放出的热量而不是输入的激光能量进行维持)等里程碑进展，但距离点火目标仍有不少距离。究其原因，传统柱型黑腔存在两个严重的瓶颈问题：1)黑腔靶丸能量耦合效率不足(仅为10％左右)，造成靶丸驱动不够，热斑面密度低于点火设计值，难以约束阿尔法粒子维持自持加热和燃烧，限制黑腔参数优化空间；2)外环金泡等离子体膨胀过快，吸收内环激光能量份额高达44.8％，使其难以输运到黑腔中部预设位置，辐射源品质不高，后期靶丸驱动对称性难以调控，限制黑腔性能进一步提升。研究表明，通过黑腔局部整形设计，可将黑腔靶丸能量耦合效率提升三倍，或者将内环激光能量被外环金泡吸收份额降低到5.9％。目前，建有大型激光装置的美国、法国和中国等国研究人员大力开展黑腔构型设计工作，提升黑腔性能，逐步迈向点火目标。如，2020年11月Science报道，美国国家点火装置(NationalIgnition Facility，简称NIF)正在测试不同形状的黑腔，以便更好地将能量耦合到靶丸上。优化设计黑腔构型，突破现有腔型瓶颈问题，在激光器有限的输出能量条件下，提高点火裕度，拓展点火靶设计的参数范围，实现较高增益或较低能量条件下的点火，具有重要研究意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型高效低膨胀的黑腔构型，能够提升黑腔靶丸能量耦合效率，同时，改善内环激光传输，产生高温高品质的辐射源，为激光间接驱动惯性约束聚变点火腔型设计提供新的思路。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种新型高效低膨胀的黑腔构型，包括本体，所述本体的内部设置有腔体，所述本体设置有上入射口，所述上入射口为入射激光提供让位空间；所述腔体呈橄榄球型结构；所述本体设置有环形的上凹槽，所述上凹槽的内壁为弧形结构；激光经由所述上入射口进入所述腔体内，并在所述上凹槽的内壁反射后，激活设置在所述腔体内的靶丸。

优选的，所述上凹槽的内壁为超环面结构。

优选的，所述上凹槽的上部的弧度α小于所述上凹槽的下部的弧度β。

优选的，所述本体设置有下入射口，所述下入射口为入射激光提供让位空间。

优选的，所述本体设置有环形的下凹槽，所述上凹槽和所述下凹槽对称分布在所述本体的上下两端，所述下凹槽的内壁为弧形结构；激光经由所述下入射口进入所述腔体内，并在所述下凹槽的内壁反射后，激活设置在所述腔体内的靶丸。

优选的，所述下凹槽的内壁为超环面结构。

优选的，所述上凹槽的下部的弧度小于所述上凹槽的上部的弧度。