Лазерно термоядрено сливане
LASER THERMONUCLEAR Fusion (LF), насока в изследванията на контролиран термоядрен синтез, базирана на способността на лазера да концентрира енергията в малки количества вещество (10 -6 cm 3) за кратки периоди от време (-9 -10 -12 s) и използване на инерционно задържане на плазма ... Предложението за използване на лазери с цел контролиран термоядрен синтез е предложено за първи път през 1961 г. от Н. Г. Басов и О. Н. Крохин.
Източникът на термоядрена енергия е основно реакцията на сливане (синтез) на ядра на деутерий и тритий, в резултат на което се образуват хелиево ядро (α-частица) с енергия 3,52 MeV и неутрон с енергия 14,1 MeV . Скоростта на тази реакция се увеличава с температурата и е максимална при температура от около 10 keV (108 K). Броят на реакциите на синтез в дадена маса на термоядрено гориво се определя от неговата плътност, скорост на реакция и време на задържане на плазмата (времето, през което се поддържа нагрятата и компресирана плазма; тя е 10–10 –10 –11 s).
LTS се състои в периодичното изпълнение на термоядрени микроексплозии на цели в реакторната камера под действието на лазерни лъчи (LR) импулси. Лазерната цел е куха сфера с няколко слоя за различни функционални цели. Външният слой (аблатор) е проектиран да абсорбира падащата радиация и да създава налягане, което притиска целта към центъра; следващият слой акумулира кинетична енергия при преместване към центъра на симетрията, след това има топлоизолационни слоеве, които предпазват вътрешния слой на термоядреното гориво под формата на DT лед от предварително нагряване. Целта трябва да има температура само 10-15 К. Общата дебелина на слоевете е 10-30 пъти по-малка от радиуса на целта (2-3 мм). Масата на такава мишена е няколко десетки mg, а масата на DT горивото е около 1 mg. Лазерите осигуряват концентрация на мощност до 10 22 W/cm 3, която е способна да компресира сферична мишена до плътност 10 2 -10 3 пъти по-висока от плътността на металите и да нагрее до температура от 10 keV. Лазерната енергия, необходима за запалване на такава цел, е няколко MJ.
LTS използва директно и индиректно компресиране на целта. Директната компресия се получава, когато целта е облъчена директно с LR. За това се използва късовълново лъчение (с дължина на вълната λ ≤ 1 μm) на неодимово стъклено лазерно или ексимерно лазерно. С намаляването на дължината на вълната абсорбцията на радиация в материята се получава в по-дълбоки слоеве, което води до увеличаване на налягането, което компресира целта. Непрякото компресиране се извършва, когато целта е облъчена с рентгеново лъчение, в което LI предварително се преобразува. За целта целта се поставя в цилиндричен контейнер, изработен от метал с висок атомен номер. Чрез отвори в краищата на контейнера лъчението се фокусира върху вътрешните стени, нагрява ги, образувайки стенна плазма с температура от няколкостотин eV. Около 70% от енергията на такава плазма се излъчва под формата на рентгенови лъчи, което засяга целта. Преобразуването на LR в рентгеново лъчение осигурява симетрично компресиране на целта, но е придружено от загуба на част от енергията в стените на контейнера.
Лазерно или рентгеново лъчение със средна интензивност около 10 14 W/cm 2, въздействащо върху целта, изпарява веществото на аблатора, йонизира го и го трансформира в плазма с температура 1 keV и плътност ne ≈ 10 20 см -3. Енергията от абсорбционната зона се прехвърля към по-плътни слоеве на мишената от ударни вълни, плазмени електрони и нейното топлинно излъчване. В резултат се формира импулс на така нареченото аблационно налягане, което е сумата от топлинното и реактивното налягане на разширяващата се плазма. Под действието на това налягане (≥10 11 Pa), неизпарената част на целта се придвижва към центъра на симетрията със скорост от няколкостотин km/s и се свива. За стабилна компресия на целта тя трябва да бъде облъчена с голям брой лазерни лъчи (десетки и дори стотици) или рентгенови лъчи.
При сферично симетрично компресиране на мишена на черупката се формира крайното състояние на термоядрена плазма, което осигурява иницииране на горенето в центъра. Централната част на DT горивото се компресира до плътност 20-50 g/cm 3 и се загрява до температура 10 keV. DT горивото, заобикалящо централната област, се компресира до по-висока плътност (200-500 g/cm 3) и има температура 0,5-1 keV. Алфа частиците, образувани в резултат на термоядрена реакция в центъра на мишената, пренасят по-голямата част от енергията си в зоната на горене. Енергията от зоната на запалване се прехвърля към околното термоядрено гориво от ударна вълна, топлопроводимост и α-частици. Вълната на термоядреното горене се разпространява по цялата маса на термоядреното вещество; възниква термоядрена микроексплозия.