Estudo de simulação de cone

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9454 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

O poder de parada das partículas carregadas liberadas pelas reações nucleares deutério-trítio tem sido extensivamente estudado nos regimes de plasma fracamente a moderadamente acoplado. Modificamos a estrutura de parada da teoria do potencial efetivo (EPT) convencional para ter uma conexão prática para investigar as características de perda de energia dos íons no plasma de fusão. Nosso modelo EPT modificado difere da estrutura EPT original por um coeficiente de ordem \(1 + {2 \mathor{\left/ {\vphantom {2 {(5}}} \right. \kern-0pt} {(5} }\ln \overline{\Xi }),\)(\(\ln \overline{\Xi }\) é uma generalização dependente da velocidade do logaritmo de Coulomb). Simulações de dinâmica molecular concordam bem com nossa estrutura de parada modificada. Para estudar o papel dos formalismos de parada relacionados na ignição rápida de íons, simulamos a configuração cone-in-shell sob incidência de feixe de alumínio acelerado por laser. Na fase de ignição/queima, o desempenho de nosso modelo modificado está de acordo com sua forma original e o teorias convencionais Li-Petrasso (LP) e Brown-Preston-Singleton (BPS). A teoria LP indica a taxa mais rápida em fornecer condição de ignição/queimadura. Nosso modelo EPT modificado com uma discrepância de \(\sim\) 9%, tem os mais concordantes com a teoria LP, enquanto os métodos EPT original (com uma discrepância de \(\sim\) 47% para LP) e BPS (com uma discrepância de \(\sim\) 48% para LP) mantêm a terceira e quarta contribuições na aceleração do tempo de ignição, respectivamente.

Em um plasma fortemente acoplado, como temos na fusão por confinamento inercial (ICF), ocorreram alguns processos, incluindo difusão ou relaxamento de temperatura, que requerem uma compreensão profunda do complexo sistema de plasma1. Além disso, os efeitos de triagem ou correlação dos componentes do plasma estão presentes2,3. Neste caso, um clássico plasma de um componente (OCP) é considerado, onde um projétil especificado se move na presença de um fundo inerte neutralizado. Sua energia é estudada usando simulações de dinâmica molecular (MD). Apesar do fato de que os efeitos do forte acoplamento de Coulomb estão incluídos em um OCP, a física eletrônica e as múltiplas espécies no plasma denso não foram consideradas4,5,6,7.

Estudos experimentais recentes indicam que o poder de parada de íons que se propagam em regimes de plasma denso quente, suportam as previsões dos formalismos analíticos de poder de parada de Li-Petrasso (LP) e Brown-Preston-Singleton (BPS)8,9,10. No entanto, esses dois modelos comumente aceitos não são apropriados na resposta dielétrica. Eles operam dentro dos regimes de plasma fracamente a moderadamente acoplados. Enquanto em plasmas fortemente acoplados, os métodos baseados em mecânica quântica, como ab initio teoria funcional de densidade orbital livre dependente do tempo (TD-of-DFT) fornece um modelo de parada de partícula carregada mais preciso11,12,13. Ding et ai. mostraram que o uso da teoria ab initio TD-of-DFT com a suposição de partículas alfa produzidas por deutério-trítio (DT) pode ter resultado na redução do poder de parada em até 25% quando comparado com as estruturas de parada convencionais usadas em alta plasmas de densidade de energia (HEDP)14. Além disso, considerando os extensos dados de Monte Carlo de caminho integral, Groth, Dornheim e colegas confirmaram os resultados para a resposta de densidade dinâmica do gás de elétrons em um regime de matéria densa e quente (WDM)15,16. Mais recentemente, ao desenvolver a representação de aprendizado de máquina ab initio quantum Monte Carlo (QMC), Moldabekov et al. focou no poder de parada induzido pela polarização devido à taxa de luta, elétrons livres e funções de fricção para investigar o poder de parada de partículas carregadas em plasmas densos não ideais17.

Em 2014, Baalrud e Daligault propuseram uma nova teoria conhecida como teoria do potencial efetivo (EPT) para estender a teoria do transporte de plasma de regimes de plasma fracamente acoplados a fortemente acoplados7,18. Eles derivaram uma expressão para o coeficiente de transporte pela expansão de Taylor do operador de colisão baseado em Fokker-Planck (FP). Seu modelo pode ser aplicado para calcular o poder de parada das partículas carregadas incidentes no plasma alvo. Nessa teoria, as interações das partículas ocorrem via potencial de força média18,19. Além disso, considera-se que o volume excluído em interações repulsivas implementa uma versão modificada da equação cinética de Enskog para esferas duras18. A validação de experimentos e simulações MD mostrou que o modelo EPT é razoavelmente preciso, com a possível exceção dos parâmetros de correlação do tipo líquido, com a força de acoplamento, Γ (ou seja, a relação entre a energia de Coulomb e a térmica), de aproximadamente 10–50 , para OCP18. Eles também concluíram que as previsões baseadas em EPT versus formas FP da equação cinética provavelmente levarão a previsões semelhantes para o coeficiente de transporte.