Инерциальный термояд

Одним из направлений в исследованиях по инерциальному термоядерному син­тезу является лазерный термоядерный синтез. Он ос­нован на способности лазеров концентрировать энер­гию в малых объемах вещества за короткие промежутки времени и на использовании инерциального удержа­ния плазмы. Эта способность лазеров обеспечивает сжатие и нагрев термоядерного горючего до высокой плотности и температуры, при которых уже возможны термоядерные реакции. Время существования плазмы составляет 10-100 пс, поэтому лазерный термоядерный синтез может осуществляться только в импульсном ре­жиме. Предложение использовать лазеры для таких це­лей было высказано впервые в 1961

году Н.Г. Басовым и О.Н. Крохиным [8]. В современных установках для реали­зации реакций лазерного термоядерного синтеза ис­следуется сжатие сферической мишени из дейтерия и трития под действием лазерного импульса (рис.19). Лишь год назад ученые Ливерморской лаборатории (США) сумели осуществить такую реакцию в лабораторных условиях, используя сверх­мощные лазеры [9]. Конечно, затрачиваемая энергия во много раз превышает получаемую, так что нельзя го­ворить о новом источнике энергии.

Совершенно очевидно, что основная трудность при таком подходе носит чисто количественный характер и состоит в том, чтобы получить заметную степень выгорания термоядерного топлива при сравнительно малой энергии отдельного микровзрыва. Для этого необходимо на короткое время и в малом объеме вещества создать чрезвычайно высокую плотность энергии. Попытки решить эту проблему в пятидесятые годы обычными электротехническими методами не имели успеха, поэтому импульсный подход долгое время рассматривался как малоперспективный. Ситуация коренным образом изменилась в последние десятилетия, когда большое развитие получили новые эффективные методы концентрации энергии: мощные лазеры, импульсные сильноточные релятивистские электронные пучки, кумуляционный способ получения мегагауссных магнитных полей и давлений в миллионы атмосфер. На их основе сформировались новые перспективные направления УТС, которые развиваются весьма интенсивно и где также можно ожидать решения основных физических проблем в ближайшие пятьдесят лет. Работы по получению высокотемпературной плотной плазмы с помощью лазеров ведутся уже десятки лет. В начале шестидесятых годов были проведены оценки и теоретически указано на принципиальную возможность нагревания плазмы до температур порядка 107 °К при облучении лазерным излучением мишени из твердого дейтерия. Вскоре после этого в процессе экспериментов по исследованию лазерного пробоя в газах было показано, что таким способом сравнительно легко получается плазма с температурой в несколько сот электрон-вольт и плотностью 1020 см-3.

В 1968г. зафиксировано возникновение нейтронов от плазмы, полученной при воздействии луча лазера на твердую мишень из дейтерида лития (Н. Г. Басов) [8].

Рис.19. Принципиальная схема лазерного синтеза,

Адиабатическое сжатие

Хотя само по себе нагревание является скорее необходимым условием эффективного инициирования термоядерных реакций, чем достаточным, указанные работы очень сильно стимулировали развитие теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия лазерного излучения с плазмой. Наиболее последовательно и успешно они велись в СССР, США, Франции, ФРГ и Японии. Были экспериментально изучены механизмы поглощения света в неоднородной сверхплотной плазме и процессы газодинамического разлета нагреваемого лазером вещества, разработаны полуаналитические теории и методы численного расчета. Это позволило перейти к оценкам условий достижения физического порога выгодной термоядерной реакции, т. е. определения минимальной энергии лазера, необходимой для получения энергии термоядерного выхода, равной энергии лазера. Согласно Джонсону (R. R. Johnson) и Холлу (R. В. Hall) ,проделавших расчеты в 1971 г., для достижения этого порога при облучении частички из смеси равных количеств дейтерия и трития в твердом состоянии необходимая энергия лазера оказалась равной 108 Дж, что указывало на весьма слабые перспективы реализации простейшей схемы лазерного термоядерного синтеза (ЛТС) [8]. В это же время Басовым и Крохиным была проанализирована идея осуществления теплопроводностного режима нагревания сверхплотной плазмы ультракоротким лазерным импульсом. С точки зрения снижения минимальной пороговой энергии такая схема не давала заметных преимуществ. Для существенного снижения пороговой энергии лазера Пашининым и Прохоровым было предложено использовать инерционное удержание плотной плазмы цилиндрической тяжелой оболочкой, что обеспечивало только одномерный разлет плазмы. Для снижения потерь на теплопроводность в радиальном направлении в цилиндрическом столбе плазмы предполагалось использовать импульсное продольное магнитное поле умеренной величины 106 Э. В этом варианте необходимая энергия лазера снизилась примерно на полтора порядка, но все еще оставалась слишком высокой [8].

Другие статьи по теме

Токарные автоматы и полуавтоматы
Окружающий нас материальный мир един и вместе с тем много­образен. Опираясь на данные частных наук, научная философия изуча­ет наиболее общую структуру мира. С позиций научной философии реальный мир — это последовательность беско ...

Расчёт теплотехнической эффективности замены барабанного холодильника на колосниковый на Паранайском цементном заводе
Наиболее распространёнными холодильниками клинкера являются рекуператорные (планетарные), колосниковые и барабанные (трубные). Известны и другие виды холодильников, но масштабы их применения в промышленности менее значитель ...