Инерциальный термояд

Численный расчет оболочечных мишений

Для получения количественной информации о процессах в лазерных мишенях и оптимизации лазерных термоядерных экспериментов необходимы подробные численные расчеты, основанные на возможно более близких к реальности моделях. Препятствием к построению хороших моделей является чрезвычайная сложность изучаемых явлений и связанная с нею трудоемкость численных расчетов. Значительные трудности в рамках численного моделирования представляют, например, исследование динамики сжатия в реальной трехмерной постановке, корректный учет турбулентного перемешивания при движении многослойных оболочек, кинетическое описание эволюции короны и зоны теплопроводности, где пробеги частиц могут быть одного порядка с характерным пространственным размером, корректное описание плазменной турбулентности в зоне поглощения света. Все проводившиеся до сих пор расчеты сжатия основаны на гидродинамических моделях. В наиболее сложных вариантах таких моделей учитываются двумерное нестационарное движение многокомпонентной квазинейтральной плазмы, перенос энергии теплопроводностью, излучением и быстрыми частицами, поглощение и рассеяние лазерного излучения, термоядерное энерговыделение, генерация спонтанных магнитных полей, вязкая диссипация. Гораздо чаще, однако, используется одномерный подход и не учитываются многие из перечисленных процессов. Расчеты по упрощенным моделям, как правило, дают более высокие значения степени сжатия и термоядерного выхода. Из расчетов следует, что термоядерный выход очень сильно зависит от скорости ввода энергии в плазму. Значительными преимуществами в этом отношении обладают сложные многослойные мишени, исследованию которых в последние годы уделяется большое внимание. Основными компонентами сложной мишени являются оболочка из термоядерного горючего (DT), тяжелая оболочка из материала с большим Z (например, Аи, U) и абляционный слой из материала со сравнительно малым Z (Be, полиэтилен). Применение тяжелой оболочки с большим Z обеспечивает, прежде всего, экранирование термоядерного горючего от нагревания электронной теплопроводностью и быстрыми частицами, что позволяет приблизить режим сжатия термоядерного горючего к адиабатическому [8]. Очень важно с практической точки зрения, что при этом существенно ослабляются требования к форме лазерного импульса. Использование тонких оболочек из тяжелого вещества дает возможность аккумулировать кинетическую энергию в течение достаточно длительного времени и использовать, таким образом, длинные лазерные импульсы сравнительно малой интенсивности, как было показано Басовым. Это обстоятельство также облегчает решение целого ряда технических проблем при постановке эксперимента. Ряд дополнительных преимуществ можно получить, используя сложную систему оболочек различной плотности, как это было предложено Альтшулером [8]. Было получено, что, несмотря на далекую от оптимальной форму лазерного импульса, применение такой оболочки позволяет достичь весьма высоких степеней сжатия.

На стадии горения, как и на стадии сжатия, тяжелая оболочка обеспечивает ряд дополнительных преимуществ по сравнению с однородной мишенью. Основной эффект состоит в том, что неиспаренная часть оболочки, сохранившаяся к моменту зажигания термоядерной реакции, вследствие своей инерции задерживает разлет горючего и способствует увеличению степени выгорания.

Другие статьи по теме

Расчет технико-экономических показателей энергохозяйства цеха
Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которой приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и мех ...

Датчики скорости
За последние годы в технике измерения и регулирования параметров различных процессов всё более и более возрастает роль отрасли изготовления и применения датчиков. Эта отрасль, постоянно развиваясь, служит основой создания разнооб ...