
论文通过建立动力学模型对基于气动势阱(GDT)磁镜的ABFR进行了评估。其核心创新在于“共振扫描”机制:注入能量略高于反应共振峰的高能离子束,使其在等离子体中减速时能量自然扫过整个高截面共振区,从而大幅提升聚变反应率。研究采用经量子修正的Brown-Preston-Singleton(BPS)形式计算阻止本领,使高温区的能量耦合计算更为精确。
关键结论显示,对于传统上极难点火的p-11B反应,在离子温度150 keV、注入质子束能量775 keV的条件下,若能达到50秒的等离子体约束时间,理论上可实现Q=10的能量增益。这一约束时间要求甚至低于同等增益目标下的D-T反应(需87秒),揭示了该构型在先进燃料应用上的独特潜力。计算同时表明,加热时间与所需约束时间处于同一量级(约百秒级),这意味着装置需具备稳态或长脉冲运行能力。
文章也指出了工程挑战,主要包括强流束注入可能引发的不稳定性,以及维持“束流-等离子体”非热平衡状态的难度。此外,磁镜的开放式端部结构为其实现高效直接能量转换提供了天然优势,有望将带电粒子的动能以超过80%的效率直接转化为电能。
这项研究为磁镜装置的发展提供了新思路,表明结合加速器技术后,简单的线性磁镜构型有可能高效处理先进燃料聚变,且更易于维护。同时,它明确了50-100秒量级的约束时间是该路径迈向商业化的关键物理门槛,与全球聚变界追求长脉冲稳态运行的趋势相一致。