Инерциальный термояд

Рис.21 Общий вид установки лазерного синтеза Гекко-XII (Япония)

Другие кандидаты на роль драйвера - Z-пинчи и ускорители тяжёлых ионов. На установке "Ан­гара 5-1" (рис.23) в Троицком институте инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ) успеш­но продемонстрирована возможность использо­вания Z-пинча, питающегося от сверхмощного (≈6 ТВт) электрического генератора для поджига мишени. Это направление получило дальнейшее развитие на крупнейшем в мире генераторе Z (≈50 ТВт) в США, где получены рекордные вели­чины энергии мягкого рентгеновского излучения (1.8 МДж), необходимого для сжатия мишени. В России разрабатываются проекты таких уста­новок на основе индуктивных накопителей ("Бай­кал", ТРИНИТИ) и взрывомагнитных генерато­ров (ЭМИР, ВНИИ экспериментальной физики), а также совместно с лабораторией Сандиа (США) анализируется концепция энергетических реак­торов на базе Z-пинчей [12].

Рис.22. Камера лазерного синтеза Гекко-XII (Япония)

Вполне возможно, что в инерционном удержании поджиг мишени, осуществлённый на лазерах или Z-пинчах, будет стимулировать работы по тяжелоион­ному термоядерному синтезу, а в магнитном удер­жании поддержку получат альтернативные схемы.

Более перспективными для поджига мишеней являются ионные пучки тяжелых элементов, например, свинец. (Пучки легких ионов, несмотря на простоту их генерации, не позволяют добиться необходимой фокусировки луча, а также теряют энергию при прохождении через остаточный газ в камере сгорания). Эта сравнительно новая технология носит название "Синтез при помощи тяжёлых ионов" (heavy ion fusion — HIF). Принцип ядерного синтеза с тяжёлыми ионами: абляционный нагрев, эффект реактивного сжатия, зажигание, синтез. В самых общих чертах она похожа на лазерный синтез, но вместо лазеров шарики-мишени (дейтерий с тритием), размером с горошину, сдавливают со всех сторон мощнейшие потоки тяжёлых ионов. Одна из главных сложностей при создании драйверов пучков тяжелых ионов - достижение высокой мощности пучка, при необычайно коротком времени этого импульса. И, похоже, она вскоре будет устранена. Это-то как раз удалось американским физикам буквально недавно.

Рис.23. Общий вид установки инерционного синтеза «Ангара 5-1» (Россия ГНЦ ТРИНИТИ)

"Длина импульса — четыре наносекунды! Мы, наконец-то, поместили лучи тяжёлых ионов в пределы такого диапазона длин импульса, который необходим для экспериментов по физике высокой энергии, имеющих практическое приложение, и даже — для построения электростанции ядерного синтеза". Это слова Гранта Логана (Grant Logan), главы исследовательского проекта, о котором мы говорим, физика из американской национальной лаборатории Беркли (Berkeley Lab) и главы виртуальной национальной лаборатории по ионному синтезу (Heavy-Ion Fusion Virtual National Laboratory) [14].

Установка, на которой проводились эти опыты, носит название NDCX-1 (Neutralized Drift Compression Experiment facility). Тяжёлые ионы (ксенон, ртуть, цезий) производил ускоритель частиц, а специальная система сжимала этот пучок не только в поперечном направлении (фокусировка), но и в продольном – то есть, сокращала время импульса. На входе в установку NDCX-1 импульс ионов длился 200 наносекунд – на выходе он уже выстреливал в мишень за 4 наносекунды. Поток заряженных частиц имел силу 25 миллиампер и энергию 255 килоэлектронвольт [14]. Этого ещё мало для зажигания синтеза, но принципиально пока именно время импульса.А параметры установки можно наращивать. Главное – две идеи, которые позволили сжать пучок ионов, так сказать, во времени, в пятьдесят раз.Первое – луч направляли не через вакуум, как делают экспериментаторы во всём мире, а через плазму, электроны в которой предотвращали разбегание ионов под действием кулоновских сил отталкивания.Второе – специальная умная магнитная система разгоняла "хвост" пучка быстрее, чем "голову". Таким образом, луч ионов сжимался вдоль своей длины. Участники эксперимента теперь планируют собрать новую систему - NDCX-2, где параметры луча будут подняты на порядки.

Другие статьи по теме

Расчет ректификационной колонны бензол-толуол
Для разделения смеси жидкостей обычно прибегают к перегонке. Разделение путем перегонки основано на различной температуре кипения отдельных веществ, входящих в состав смеси. Так, если смесь состоит из двух компонентов, то при исп ...

Особенности ЭМО на энергетических и промышленных объектах
Надежность работы энергетических и промышленных объектов во многом определяется надежностью работы электронной (сейчас, как правило, цифровой) аппаратуры защиты, автоматики, связи и т.п. Специфика современных объектов такова, что ...