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近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院核能安全技術(shù)研究所·FDS鳳麟核能團(tuán)隊(duì)，在高通量緊湊型聚變體積中子源研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以High-field neutral beam injection for improving the Q of a gas dynamic trap-based fusion neutron source為題，發(fā)表在Nuclear Fusion上。
對(duì)聚變材料/部件在高能高通量聚變中子環(huán)境下的服役性能進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，是未來商用聚變堆投入使用的必要條件；發(fā)展高通量的聚變中子源因此成為學(xué)界研究焦點(diǎn)。其中基于氣動(dòng)磁鏡（Gas Dynamic Trap）的聚變中子源，因其具有物理與工程技術(shù)難度小、中子通量高、輻照體積大、結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低等優(yōu)勢(shì)，獲得國(guó)際同行廣泛關(guān)注。
核能安全所近年來發(fā)展并完成了基于氣動(dòng)磁鏡的高通量緊湊型體積聚變中子源概念設(shè)計(jì)，創(chuàng)新性地提出了強(qiáng)磁場(chǎng)位置注入中性束的設(shè)計(jì)方案，提高了在真空室兩端聚集的快離子密度和相應(yīng)的聚變功率密度。理論結(jié)果表明，此創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)能夠使基于氣動(dòng)磁鏡的聚變中子源能量增益在現(xiàn)有設(shè)計(jì)的物理和工程基礎(chǔ)之上提高2~3倍。Nuclear Fusion審稿人評(píng)價(jià)該研究“對(duì)氣動(dòng)磁鏡的改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠有效提升其作為中子源的性能”。
此項(xiàng)研究成果為高通量緊湊型聚變體積中子源提供了有競(jìng)爭(zhēng)力的方案，為有效解決聚變核科學(xué)與核技術(shù)問題提供了新途徑。此外，在發(fā)展聚變驅(qū)動(dòng)乏燃料焚燒堆等方面具有重要應(yīng)用前景。研究工作得到了國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)合作研究項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃和青年科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。
氣動(dòng)磁鏡強(qiáng)磁場(chǎng)位置注入中性束示意圖
