Инерциальный термояд

Дейтериевые кластеры, о которых пойдет речь здесь, состоят из молекул дейтерия. Нейтральные молекулы дейтерия притягиваются друг к другу в дейтериевом кластере силами Ван-дер-Вальса, то есть слабыми короткодействующими силами, возникающими из-за взаимной электрической поля­ризации нейтральных молекул. Типичный радиус дейтериевого кластера, получаемого в экспериментах при истечении пучка молекул дейтерия из сопла, составля­ет 25-50 Å, то есть каждый такой кластер насчитывает несколько тысяч или десятков тысяч молекул дейте­рия, имея, как правило, сферическую форму. Темпера­тура кипения жидкого дейтерия составляет 250°С, так что в нормальных условиях кластеры не могут долго су­ществовать.

Дейтериевые кластеры представляют большой ин­терес ввиду возможности создать плазму с кинетичес­кой энергией дейтронов, достаточной для термоядер­ной реакции синтеза при столкновении двух таких ядер. После быстрого удаления из кластера сверхсиль­ным лазерным полем всех электронов положительно заряженные дейтроны в кластере отталкиваются друг от друга кулоновскими силами. Ядра дейтерия приоб­ретают энергию в несколько килоэлектронвольт в ре­зультате такого кулоновского взрыва кластеров. В ре­зультате ядерной реакции слияния двух дейтронов образуются ядро 3He и нейтрон n, причем энергия ней­трона в системе центра инерции строго фиксирована и равна 2,45 МэВ. Это открывает возможность создания источника пучка моноэнергетических нейтронов.

После окончания лазерно­го импульса в лазерном фокусе образуется плазма, со­стоящая из электронов и ядер дейтерия, возникших после кулоновского взрыва кластеров. Их концентра­ция порядка 3•1019см-3. Плазма существует в течение времени порядка 1 нс, после чего дальнейшее расшире­ние приводит к ее исчезновению.

В экспериментах в Ливерморской лаборатории наблюдалось около 104 нейтронов в расчете на один лазерный импульс. Время их испускания составило около 0,5 нс. Это вре­мя определяется временем разлета плазмы в лазерном фокусе.

Таким образом, впервые удалось получить в лабо­ратории реакцию лазерного термоядерного синтеза на кластерах, причем был получен пучок моноэнергетических ней­тронов (2,45 МэВ) короткой длительности (0,5 нс) [9].

Экспериментальные результаты.

До сих пор мы обсуждали главным образом теоретические исследования, касающиеся различных аспектов лазерного термоядерного синтеза. Результаты этих исследований, демонстрируя чрезвычайную трудность проблемы, дают в то же время определенные основания для оптимизма. Во всяком случае, теоретические результаты, несомненно, способствовали резкому увеличению интереса к проблеме и быстрому росту экспериментальной активности.

Прежде всего нужно отметить эксперементы Чаратиса (G. Charatis) и его группы, которые изучали сжатие стеклянных оболочек, заполненных газообразной DT-смесью [8]. Они использовали двухканальный лазер на неодимовом стекле с энергией порядка 200 Дж. Система формирования импульса позволяла варьировать длительность от 30 псек до 1 нсек. Используемые мишени представляли собой сферические стеклянные оболочки с внешним диаметром 30-700 мкм и толщиной стенок 0,5-12 мкм; давление газа составляло 1-100 атм. Оптическая система позволяла достичь высокой симметрии облучения мишеней. В экспериментах измерялся полный баланс энергии (отражение, рентгеновское излучение, быстрые частицы) и производилась рентгеновская фотография мишени, позволяющая судить об ее размере в процессе сжатия. В лучших экспериментах получено 5·106 нейтронов при падающей на мишень энергии порядка 60 Дж при размерах мишени 50 мкм, толщине 0,5 мкм и давлении смеси 18 атм. Было зарегистрировано сжатие порядка 100. Но из полученных данных нельзя было однозначно заключить, происходят ли наблюдаемые нейтроны из сжатого ядра мишени или они образуются в результате прожигания стеклянной оболочки. Также трудно быть уверенным, что однопроцентная оболочка не разрушается и не перемешивается с горючим в процессе стократного сжатия. Однако в любом случае обсуждаемые эксперименты представляют большой интерес как первые опыты с оболочечными мишенями, выполненные в диапазоне лазерных интенсивностей до 1016 Вт/м2.

Другие статьи по теме

Расчёт мощности судовой электростанции
Судовая электроэнергетическая система представляет собой совокупность судовых электротехнических устройств, объединенных процессом производства, преобразования и распределения электроэнергии и предназначенных для питания суд ...

Статистическая обработка экспериментальных данных
Измерения — один из важнейших путей познания природы человеком. Они играют огромную роль в современном обществе. Наука и промышленность не могут существовать без измерений. Практически нет ни одной сферы деятельности человека, гд ...