Моделирование конуса

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9454 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Тормозная способность заряженных частиц, высвобождаемых в результате ядерных реакций дейтерия и трития, широко изучалась в режимах слабой и умеренно связанной плазмы. Мы модифицировали традиционную концепцию остановки теории эффективного потенциала (EPT), чтобы иметь практическое применение для исследования характеристик потери энергии ионов в термоядерной плазме. Наша модифицированная модель EPT отличается от исходной модели EPT коэффициентом порядка \(1 + {2 \matord{\left/ {\vphantom {2 {(5}}} \right. \kern-0pt} {(5} }\ln \overline{\Xi }),\)(\(\ln \overline{\Xi }\) является зависящим от скорости обобщением кулоновского логарифма). Моделирование молекулярной динамики хорошо согласуется с нашей модифицированной структурой остановки. Изучая роль соответствующих формализмов остановки при быстром ионном зажигании, мы моделируем конфигурацию конус в оболочке при падении алюминиевого луча с лазерным ускорением. На этапе зажигания/горения характеристики нашей модифицированной модели согласуются с ее исходной формой и обычные теории Ли-Петрассо (LP) и Брауна-Престона-Синглтона (BPS).Теория LP указывает на самую высокую скорость обеспечения условий воспламенения/горения.Наша модифицированная модель EPT с расхождением \(\sim\) 9% имеет наиболее согласуются с теорией LP, в то время как исходные методы EPT (с расхождением \(\sim\) 47% от LP) и BPS (с расхождением \(\sim\) 48% от LP) сохраняют третий и четвертый вклады в ускорение времени воспламенения соответственно.

В сильно связанной плазме, такой как термоядерный синтез с инерционным удержанием (ICF), происходят некоторые процессы, в том числе диффузия или температурная релаксация, которые требуют глубокого понимания сложной плазменной системы1. Более того, присутствуют экранирующие или корреляционные эффекты компонентов плазмы2,3. В данном случае рассматривается классическая однокомпонентная плазма (ОКП), в которой указанный снаряд движется при наличии инертного нейтрализованного фона. Его энергия изучается с помощью моделирования молекулярной динамики (МД). Несмотря на то, что эффекты сильного кулоновского взаимодействия включены в ОКП, электронная физика и множественные частицы в плотной плазме не учитывались4,5,6,7.

Недавние экспериментальные исследования показывают, что тормозная способность ионов, распространяющихся в режимах горячей плотной плазмы, подтверждает предсказания аналитических формализмов тормозной способности Ли-Петрассо (LP) и Брауна-Престона-Синглтона (BPS)8,9,10. Однако эти две общепринятые модели не подходят для диэлектрического отклика. Они работают в режимах слабо- и умеренно связанной плазмы. В сильно связанной плазме методы, основанные на квантовой механике, такие как ab initio нестационарная теория функционала плотности без орбитально-свободной плотности (TD-of-DFT), обеспечивают более точную модель остановки заряженных частиц11,12,13. Дин и др. показали, что использование ab initio теории TD-of-DFT с предположением о том, что альфа-частицы производятся дейтерием-тритием (DT), могло привести к снижению тормозной способности до 25% по сравнению с традиционными концепциями торможения, используемыми в высокопроизводительных исследованиях. энергоплотная плазма (HEDP)14. Более того, принимая во внимание обширные данные Монте-Карло, интегральные по траекториям, Грот, Дорнхейм и коллеги подтвердили результаты реакции динамической плотности электронного газа в режиме теплой плотной материи (WDM)15,16. Совсем недавно, разработав ab initio квантовое представление машинного обучения Монте-Карло (QMC), Молдабеков и др. сосредоточился на тормозной способности, вызванной поляризацией, из-за скорости борьбы, свободных электронов и функций трения, чтобы исследовать тормозную способность заряженных частиц в неидеально плотной плазме17.

В 2014 году Баалруд и Далиго предложили новую теорию, известную как теория эффективного потенциала (ЭПТ), для расширения теории переноса плазмы от слабо связанных плазменных режимов к сильносвязанным режимам7,18. Они получили выражение для коэффициента переноса с помощью расширения Тейлора оператора столкновений на основе Фоккера – Планка (FP). Их модель может быть применена для расчета тормозной способности падающих заряженных частиц в плазме мишени. В этой теории взаимодействия частиц происходят через потенциал средней силы18,19. Кроме того, считается, что исключенный объем в отталкивающих взаимодействиях реализует модифицированную версию кинетического уравнения Энскога для твердых сфер18. Проверка с помощью экспериментов и моделирования МД показала, что модель EPT достаточно точна, за возможным исключением параметров жидкостной корреляции, с силой связи Γ (т.е. отношением кулоновской энергии к тепловой) примерно 10–50. , для OCP18. Они также пришли к выводу, что прогнозы на основе EPT и формы FP кинетического уравнения, вероятно, приведут к аналогичным прогнозам для коэффициента переноса.