Инерциальный термояд

В начале 70-х годов Нукколсом (Nuckolls) и его коллегами была высказана весьма плодотворная идея использовать лазерное излучение не только для нагрева мишени, но также и для одновременного сверхсильного сжатия термоядерного горючего в сферической геометрии [8]. Увеличение плотности термоядерного горючего позволяет существенно снизить пороговую лазерную энергию. Предложив программированный во времени сферически симметричный режим облучения мишени в своих расчетах, они показали, что, используя реактивную силу разлетающейся горячей плазмы, можно почти адиабатически сжать центральное ядро мишени до плотности в 102-104 раз выше плотности твердого тела и инициировать таким способом термоядерный микровзрыв с положительным выходом энергии. Пороговая лазерная энергия в такой схеме снижается на много порядков и лежит в интервале 103—104 Дж при длительности импульса 10-10 сек, т. е. необходимы мощности до 1013—1014 Вт. К этому времени были достигнуты существенные успехи в разработке лазерных систем с импульсами нано - и пикосекундной длительности и высокой направленностью излучения на энергии 102—103 Дж [8]. Столь сильное сближение теоретических оценок пороговой энергии лазера и возможностей техники эксперимента качественно изменили направление работ по ЛТС в ряде стран. Развернулось строительство специализированных лазерных установок для проверки физических принципов, заложенных в новую концепцию ЛТС. Заметим, что идея использовать лазер для сжатия мишени высказывалась и раньше Дайбером (T. M. Daiber) и его группой. Однако при этом не было проведено достаточно надежных расчетов и их работа осталась практически незамеченной [8].

В рамках этих исследований проводится большая работа направленная на построение адекватных математических моделей лазерного микровзрыва. Этому вопросу в последнее время посвящено большое число работ, содержание которых фактически сводится к вычислению термоядерного выхода при различных условиях и поиску оптимальных конструкций мишени и оптимальных параметров лазерного импульса. Такого рода расчеты очень сложны. Более того, их корректная постановка требует решения целого ряда сложных физических задач и прежде всего задач физики плазмы. Хотя не все эти задачи решены в настоящее время, уже сейчас можно говорить о перспективности ЛТС и его конкурентоспособности с другими направлениями УТС. Конечно, предстоит большой объем экспериментальных исследований по изучению всех физических эффектов, возникающих при лазерном сжатии и разогреве вещества. Экспериментальные трудности при этом связаны не только с исключительно высокими требованиями, которые предъявляются к лазерным системам, но и с тем обстоятельством, что все существенные процессы протекают за времена 19-9-10-12 сек и имеют пространственный масштаб 10-2-10-4 см.

Основные физические проблемы, встающие перед исследователями в области ЛТС и пути их решения

Во-первых, для получения заметного термоядерного выхода в практически разумном диапазоне лазерных энергий и энергий микровзрыва необходимо использовать DT-плазму, сжатую до плотностей, во много раз превышающих плотность твердого водорода ns. Во-вторых, требуемая для инициирования термоядерной реакции лазерная энергия сильно зависит от поглощательной способности плазмы и становится неприемлемо большой при т) η<<1 (через η обозначена доля лазерной энергии, перешедшая при поглощении в тепловую энергию плазмы) даже при наличии сжатия. Таким образом, с практической точки зрения для осуществления лазерного поджига термоядерной реакции необходимо решить две основные задачи: 1) сжать реагирующее вещество до плотности п> ns и 2) обеспечить эффективную передачу энергии от лазерного излучения плазме.

Другие статьи по теме

Электроснабжение комплекса томатного сока
Создание энергосистем и объединение их между собой на огромных территориях стало основным направлением развития электроэнергетики мира в 20 веке. Это обусловлено отличительной особенностью отрасли, в которой производство и потре ...

Проектирование конического редуктора
Цель курсового проектирования – систематизировать, закрепить, расширить теоретические знания, а также развить расчетно-графические навыки студентов. Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая про ...