Термоядерный синтез с инерционным удержанием ( ICF ) - это вид исследований в области термоядерной энергии, который пытается инициировать реакции термоядерного синтеза путем нагрева и сжатия топливной мишени, обычно в форме таблетки, которая чаще всего содержит смесь дейтерия и трития . Типичные топливные гранулы имеют размер булавочной головки и содержат около 10 миллиграммов топлива.
Для сжатия и нагрева топлива энергия доставляется к внешнему слою мишени с помощью высокоэнергетических лучей лазерного света, электронов или ионов , хотя по ряду причин почти все устройства ICF по состоянию на 2020 год [Обновить]использовали лазеры. Нагретый внешний слой взрывается наружу, создавая противодействующую силу против остальной части цели, ускоряя ее внутрь и сжимая топливо. Этот процесс также предназначен для создания ударных волн, которые проходят внутрь через цель. Достаточно мощный набор ударных волн может сжать и нагреть топливо в центре так сильно, что возникнут реакции синтеза.
ICF - это одна из двух основных областей исследований термоядерной энергии, другая - термоядерный синтез с магнитным удержанием . Когда это было впервые публично предложено в начале 1970-х годов, ICF казалась практическим подходом к производству электроэнергии, и эта область процветала. Эксперименты 1970-х и 80-х годов показали, что эффективность этих устройств была намного ниже, чем ожидалось, и добиться воспламенения будет нелегко. На протяжении 1980-х и 90-х годов было проведено множество экспериментов, чтобы понять сложное взаимодействие высокоинтенсивного лазерного света и плазмы. Это привело к созданию более новых машин, гораздо более крупных, которые, наконец, достигли бы энергии зажигания.
Самый крупный действующий эксперимент ICF - это National Ignition Facility (NIF) в США, спроектированный с использованием многолетнего опыта более ранних экспериментов. Как и те более ранних экспериментах, однако, НИФ не удалось достичь зажигания и является, как 2015, генерируя около 1 / 3 требуемых уровней энергии. [1]
Описание
Базовый фьюжн
В реакциях синтеза более легкие атомы, такие как водород , объединяются в более крупные. Это происходит, когда два атома подходят достаточно близко, чтобы ядерная сила стягивала их вместе. Ядра атомов заряжены положительно и, таким образом, отталкиваются друг от друга за счет электростатической силы . Преодоление этого отталкивания и сближение ядер требует значительного количества энергии, известного как кулоновский барьер или энергия барьера слияния .
Как правило, для слияния более легких ядер требуется меньше энергии, поскольку они имеют меньший электрический заряд и, следовательно, более низкую энергию барьера. Кроме того, ядерная сила увеличивается с увеличением количества нуклонов, общего количества протонов и нейтронов. Таким образом, общий энергетический барьер сводится к минимуму для атомов с наибольшим числом нейтронов по сравнению с протонами. Это отношение является максимальным в двух изотопов из водорода , дейтерия с одного протона и одного нейтрона и трития с одного протона и двух нейтронов. Он известен просто как DT и является наиболее изученным термоядерным топливом. По мере увеличения массы ядер наступает момент, когда реакция больше не дает чистой энергии - энергия, необходимая для преодоления энергетического барьера, больше, чем энергия, выделяемая в результате реакции синтеза.
Смесь DT при стандартных условиях не подвергается плавлению; ядра должны быть соединены вместе, прежде чем ядерная сила сможет собрать их в стабильные скопления. Даже в горячем и плотном центре Солнца средний протон будет существовать миллиарды лет, прежде чем сгорит. [2] Для практических систем термоядерной энергии скорость должна быть резко увеличена путем нагрева топлива до десятков миллионов градусов или сжатия его до огромных давлений. Температура и давление, необходимые для плавления любого конкретного топлива, известны как критерий Лоусона . Эти условия известны с 1950-х годов, когда были созданы первые водородные бомбы . Удовлетворять критерию Лоусона на Земле чрезвычайно сложно, что объясняет, почему исследованиям термоядерного синтеза потребовалось много лет, чтобы достичь нынешнего высокого уровня технического мастерства. [3]
Термоядерные устройства
В водородной бомбе термоядерное топливо сжимается и нагревается отдельной бомбой деления (см. Конструкцию Теллера-Улама ). Множество механизмов передают энергию "первичного" взрыва деления в термоядерное топливо. Первичный механизм заключается в том, что вспышка рентгеновского излучения, испускаемого первичной обмоткой, задерживается внутри сконструированного корпуса бомбы, в результате чего пространство между корпусом и бомбой заполняется рентгеновским «газом». Эти рентгеновские лучи равномерно освещают внешнюю часть термоядерной секции, «вторичную», быстро нагревая ее, пока она не взорвется наружу. Этот выброс наружу заставляет остальную часть вторичной обмотки сжиматься внутрь до тех пор, пока она не достигнет температуры и плотности, при которых начинаются реакции синтеза.
Когда реакции начинаются, энергия, выделяемая из них в форме частиц, поддерживает реакцию. В случае топлива DT большая часть энергии выделяется в виде альфа-частиц и нейтронов. В топливной массе с невероятно высокой плотностью альфа-частицы не могут перемещаться очень далеко, пока их электрический заряд, взаимодействуя с окружающей плазмой, не замедлит их. Эта передача кинетической энергии нагревает окружающие частицы до энергии, необходимой им для синтеза. Этот процесс заставляет термоядерное топливо выгорать наружу от центра. Электрически нейтральные нейтроны перемещаются в топливной массе на гораздо большие расстояния и не способствуют этому процессу самонагрева. В бомбе они вместо этого используются либо для образования большего количества трития в результате реакций в литий-дейтеридном топливе, либо для инициирования деления в окружающей оболочке.
Требование, чтобы реакция инициировалась бомбой деления, делает этот метод непрактичным для выработки электроэнергии. Мало того, что триггеры деления были бы дорогими в производстве, но и существует минимальный размер, который может быть построена такая бомба, примерно определяемый критической массой используемого плутониевого топлива. Как правило, создание ядерных устройств мощностью намного меньше, чем около 1 килотонны, кажется трудным, и вторичный термоядерный реактор мог бы добавить к этой мощности. Это затрудняет инженерную задачу извлечения энергии из полученных взрывов. Проект PACER изучал решения инженерных проблем, но также продемонстрировал, что это экономически нецелесообразно, стоимость бомб намного превышала стоимость получаемой электроэнергии.
Механизм действия МКФ
Один из участников PACER, Джон Наколлс , начал исследовать, что случилось с размером первичной обмотки, необходимой для начала реакции слияния, когда размер вторичной обмотки был уменьшен. Он обнаружил, что по мере того, как вторичная обмотка достигает миллиграммового размера, количество энергии, необходимое для ее искры, падает до мегаджоулей. Ниже этой массы топливо после сжатия стало настолько маленьким, что альфы улетели.
Мегаджоуль был намного ниже даже самых маленьких триггеров деления, которые находились в диапазоне тераджоулей. Возник вопрос, есть ли другой способ доставить эти мегаджоули. Это привело к идее «драйвера», устройства, которое передавало бы энергию на топливо на расстоянии. Таким образом, полученный взрыв термоядерного синтеза не повредил его, так что его можно было использовать повторно.
К середине 1960-х годов казалось, что лазер может развиться до такой степени, что будут доступны требуемые уровни энергии. Как правило, системы ICF используют один лазер, луч которого разделен на несколько лучей, которые впоследствии индивидуально усиливаются в триллион раз или более. Они отправляются в реакционную камеру, называемую целевой камерой, с помощью ряда зеркал, расположенных так, чтобы равномерно освещать цель по всей ее поверхности. Тепло, прикладываемое водителем, вызывает взрыв внешнего слоя цели, как это происходит с внешними слоями топливного цилиндра водородной бомбы при освещении рентгеновскими лучами устройства деления. Скорость взрыва составляет порядка 10 8 метров в секунду. [4]
Материал, оторвавшийся от поверхности, заставляет оставшийся внутри материал с большой силой выталкиваться внутрь, в конечном итоге превращаясь в крошечный шар, почти сферический. [5] В современных устройствах ICF плотность образующейся топливной смеси в тысячу раз больше плотности воды или в сто раз больше плотности свинца, примерно 1000 г / см 3 . Эта плотность недостаточно высока, чтобы самостоятельно создать какую-либо полезную скорость плавления. Однако во время схлопывания топлива также образуются ударные волны, которые с высокой скоростью распространяются в центр топлива. Когда они встречают своих собратьев, движущихся с других сторон топлива в центре, плотность этого пятна увеличивается еще больше.
При правильных условиях скорость синтеза в области, сильно сжатой ударной волной, может испускать значительное количество высокоэнергетических альфа-частиц . Из-за высокой плотности окружающего топлива они перемещаются лишь на небольшое расстояние, прежде чем «термализуются», теряя свою энергию в топливо в виде тепла. Эта дополнительная энергия вызовет дополнительные реакции синтеза в нагретом топливе с выделением большего количества частиц высокой энергии. Этот процесс распространяется наружу от центра, приводя к своего рода самоподдерживающемуся ожогу, известному как воспламенение .
Сжатие против воспламенения
Нет предела преимуществам сжатия с точки зрения альфа-захвата, теоретически лучше всего подходит топливо с бесконечной плотностью. На самом деле сжатие топлива имеет ряд практических ограничений, особенно когда оно начинает вырождаться электронами , что происходит примерно в 1000 раз больше плотности воды (или в 100 раз больше плотности свинца). Чтобы добиться такого уровня сжатия в топливе DT, оно должно взорваться со скоростью около 140 км / сек, что требует около 10 7 Джоулей на грамм топлива (Дж / г). Для топлива размером в миллиграммы это не особенно большое количество энергии, и его можно обеспечить с помощью скромных устройств.
К сожалению, хотя этот уровень сжатия эффективно улавливает альфа-частицы, его недостаточно для нагрева топлива до требуемых температур, при которых начнутся реакции синтеза, по крайней мере, 50 миллионов Кельвинов. Для достижения этих условий скорость должна составлять около 300 км / сек, что требует 10 9 Дж, что значительно труднее. Было высказано несколько предложений о том, как это уменьшить.
В наиболее часто используемой на сегодняшний день системе, «центральном зажигании горячей точки», импульс энергии от привода формируется так, что в капсулу запускается несколько разрядов (3 или 4). Это сжимает оболочку капсулы и ускоряет ее внутрь, образуя взрывающуюся сферическую массу, движущуюся со скоростью около 300 км / сек. Оболочка сжимает и нагревает внутренний газ до тех пор, пока его давление не возрастет достаточно, чтобы противостоять сходящейся оболочке. Это запускает обратную ударную волну, которая замедляет скорость оболочки и на короткое время увеличивает плотность до огромных значений. Цель этой концепции состоит в том, чтобы вызвать достаточное количество реакций, чтобы в остальной части все еще поступающего топлива происходил альфа-саморазогрев. Для этого требуется около 4,5х10 7 Дж / г, но серия практических потерь поднимает это значение примерно до 10 8 Дж.
В подходе «быстрого зажигания» используется отдельный лазер для подачи дополнительной энергии непосредственно в центр топлива. Это может быть выполнено с помощью механических средств, часто с использованием небольшого металлического конуса, который протыкает внешнюю стенку топливной таблетки, позволяя лазерному лучу попасть в центр. В ходе испытаний этот подход потерпел неудачу, поскольку импульс света должен достичь центра в точное время, когда он закрыт обломками и особенно свободными электронами от импульса сжатия. Он также имеет недостаток, заключающийся в том, что требуется второй лазерный импульс, который почти всегда требует полностью отдельного лазера.
Относительно новая техника, по состоянию на 2007 год.[Обновить], это «шоковое зажигание». Это похоже на концепцию метода горячей точки, но вместо воспламенения, достигаемого за счет нагрева горячей точки сжатием, последний мощный удар направляется в топливо в более позднее время, чтобы вызвать воспламенение за счет комбинации сжатия и шоковый нагрев. Это увеличивает эффективность процесса с целью снижения общей требуемой мощности.
Прямой и непрямой привод
В простейшей концепции подхода ICF топливо расположено в виде сферы. Это позволяет толкать его внутрь со всех сторон и разрушать в центре. Чтобы создать внутреннюю силу, топливо помещается в тонкую оболочку, которая улавливает энергию двигателя и взрывается наружу. На практике капсулы обычно изготавливаются из легкого пластика, а топливо наносится слоем внутри путем введения небольшого количества газа в оболочку и последующего его замораживания.
Идея о том, чтобы водитель работал прямо с топливом, известна как подход «прямого привода». Чтобы термоядерное топливо достигло требуемых условий, процесс имплозии должен быть чрезвычайно однородным, чтобы избежать значительной асимметрии из -за нестабильности Рэлея-Тейлора и подобных эффектов. При общей энергии пучка 1 МДж топливная капсула не может быть больше примерно 2 мм, прежде чем эти эффекты нарушат симметрию имплозии. Это приводит к очень жесткому ограничению размера балок, чего может быть трудно достичь на практике.
Это привело к альтернативной концепции «непрямого привода», когда луч не попадает непосредственно на топливную капсулу. Вместо этого он сияет в небольшом цилиндре из тяжелого металла, часто из золота или свинца , известного как «хольраум». Лучи расположены так, что они не попадают в подвешенную в центре топливную капсулу. Энергия нагревает хольраум до тех пор, пока он не начнет испускать рентгеновские лучи . Эти рентгеновские лучи заполняют внутреннюю часть хольраума и нагревают капсулу. Преимущество этого подхода в том, что лучи могут быть больше и менее точны, что значительно упрощает конструкцию драйвера. Недостатком является то, что большая часть подаваемой энергии используется для нагрева хольраума до тех пор, пока он не станет «горячим рентгеновским излучением», поэтому сквозной КПД намного ниже, чем у концепции прямого привода.
Проблемы с успешным достижением
Основные проблемы с повышением производительности ICF с ранних экспериментов в 1970-х годах заключались в доставке энергии к цели, контроле симметрии взрывающегося топлива, предотвращении преждевременного нагрева топлива до достижения максимальной плотности, предотвращении преждевременного смешивания горячего и холодного топлива. с помощью гидродинамических неустойчивостей, а также формирование «жесткой» ударноволновой сходимости в сжатом топливном центре.
Чтобы сфокусировать ударную волну в центре мишени, мишень должна быть сделана с очень высокой точностью и сферичностью с аберрациями не более нескольких микрометров по ее поверхности (внутренней и внешней). Точно так же наведение лазерных лучей должно быть чрезвычайно точным, и лучи должны приходить в одно и то же время во все точки на цели. Однако синхронизация луча - относительно простая проблема, и ее решают путем использования линий задержки на оптическом пути лучей для достижения пикосекундных уровней точности синхронизации.Другой серьезной проблемой, препятствующей достижению высокой симметрии и высоких температур / плотностей схлопывающейся мишени, являются так называемый дисбаланс «пучок-пучок» и анизотропия пучка. Эти проблемы, соответственно, состоят в том, что энергия, передаваемая одним лучом, может быть выше или ниже, чем у других лучей, падающих на цель, и в «горячих точках» в пределах диаметра луча, поражающих цель, что вызывает неравномерное сжатие на поверхности цели, тем самым формируя рэлеевский -Нестабильность Тейлора [6] в топливе, преждевременное его перемешивание и снижение эффективности нагрева во время максимального сжатия. Неустойчивость Рихтмайер-Мешки также образуются во время процесса из - за ударные волны формируются.
Все эти проблемы были существенно смягчены в разной степени за последние два десятилетия исследований за счет использования различных методов сглаживания луча и диагностики энергии луча для уравновешивания энергии луча и луча; однако нестабильность RT остается серьезной проблемой. Конструкция мишени также значительно улучшилась за эти годы. Современные криогенные водородные ледяные мишени, как правило, замораживают тонкий слой дейтерия внутри пластиковой сферы, облучают ее маломощным ИК- лазером, чтобы сгладить ее внутреннюю поверхность, наблюдая за ней с помощью камеры , оснащенной микроскопом , тем самым позволяя слою быть внимательно следят за обеспечением ее «плавности». [8] Криогенные мишени, заполненные смесью дейтерия и трития (DT), являются «самосглаживающимися» из-за небольшого количества тепла, создаваемого распадом радиоактивного изотопа трития. Это часто называют « бета- слоем». [9]
Некоторые цели окружены небольшим металлическим цилиндром, который облучается лазерными лучами, а не самой целью. Такой подход известен как « непрямой привод ». [10] При таком подходе лазеры фокусируются на внутренней стороне цилиндра, нагревая его до сверхгорячей плазмы, которая излучается в основном в рентгеновских лучах . Рентгеновские лучи из этой плазмы затем поглощаются поверхностью мишени, взрывая ее так же, как если бы она была напрямую поражена лазером. Поглощение теплового рентгеновского излучения мишенью более эффективно, чем прямое поглощение лазерного света, однако эти хольраумы или «камеры сгорания» также потребляют значительную энергию для собственного нагрева, что значительно снижает общую эффективность преобразования лазера в луч. целевой перенос энергии. Таким образом, они обсуждаются даже сегодня; столь же многочисленная конструкция « прямого привода » их не использует. Чаще всего для моделирования испытаний термоядерного оружия используются мишени непрямого действия из хольраума в связи с тем, что термоядерное топливо в них также взрывается в основном за счет рентгеновского излучения.
Изучаются различные драйверы ICF. Лазеры значительно улучшились с 1970-х годов, увеличивая энергию и мощность от нескольких джоулей и киловатт до мегаджоулей (см. NIF- лазер) и сотен тераватт, используя в основном удвоенный или утроенный свет от усилителей из неодимового стекла .
Пучки тяжелых ионов особенно интересны для коммерческого производства, поскольку их легко создавать, контролировать и фокусировать. С другой стороны, очень трудно достичь очень высоких плотностей энергии, необходимых для эффективного взрыва мишени, и большинство ионно-лучевых систем требуют использования хольраума, окружающего мишень, для сглаживания облучения, что снижает общую эффективность связи. из ионного пучка «ы энергии , что в дальнейшей цели взрывается.
История
Первое зачатие
В США
История термоядерного синтеза с инерционным удержанием восходит к конференции «Атом для мира», состоявшейся в 1957 году в Женеве. Это была крупная международная конференция сверхдержав США и России, спонсируемая ООН. Среди множества тем, затронутых в ходе мероприятия, некоторые думали об использовании водородной бомбы для обогрева заполненной водой пещеры. Полученный пар затем будет использоваться для питания обычных генераторов и, таким образом, для выработки электроэнергии. [11]
Эта встреча привела к усилиям по операции «Плашер» , получившей это название в 1961 году. В рамках «Плаушера» были изучены три основных концепции; производство энергии в рамках проекта PACER , использование крупных ядерных взрывов для земляных работ и как своего рода ядерный гидроразрыв для газовой промышленности. PACER был непосредственно испытан в декабре 1961 года, когда 3-килотонное устройство Project Gnome было размещено в слое соли в Нью-Мексико. Несмотря на все теоретические рассуждения и попытки остановить это, радиоактивный пар вышел из буровой шахты на некотором расстоянии от полигона. Дальнейшие исследования в рамках PACER привели к появлению ряда искусственно созданных полостей, заменяющих естественные, но за этот период все усилия Plowshare изменились от плохого к худшему, особенно после провала седана 1962 года, который выбросил огромное количество осадков . Тем не менее, PACER продолжал получать некоторое финансирование до 1975 года, когда исследование третьей стороны продемонстрировало, что стоимость электроэнергии от PACER будет эквивалентна стоимости электроэнергии на обычных атомных станциях, при этом стоимость топлива более чем в десять раз выше, чем они были. [12]
Еще одним результатом конференции «Атом для мира» стало побуждение Джона Наколлса начать рассмотрение того, что происходит на термоядерной стороне бомбы. Термоядерная бомба состоит из двух частей: «первичной» и термоядерной «вторичной». Когда первичный элемент взрывается, он испускает рентгеновские лучи, которые взрывают вторичный. Самая ранняя работа Наколла касалась изучения того, насколько маленьким можно сделать вторичный элемент, при этом имея большой « выигрыш » для обеспечения чистого выхода энергии. В этой работе было высказано предположение, что при очень малых размерах, порядка миллиграммов, для его воспламенения потребуется очень мало энергии, намного меньше, чем у первичной обмотки деления. [11] Он предложил создать крошечную термоядерную взрывчатку, используя крошечную каплю DT-топлива, подвешенную в центре металлической оболочки, ныне известной как хохльраум. Оболочка обеспечивала тот же эффект, что и кожух бомбы водородной бомбы, улавливая рентгеновские лучи внутри, так что они облучают топливо. Основное отличие состоит в том, что рентгеновские лучи будут поставляться не от бомбы деления, а от какого-то внешнего устройства, которое нагревает оболочку снаружи до тех пор, пока она не начнет светиться в рентгеновской области (см. Тепловое излучение ). Электроэнергия будет поставляться неопознанным импульсным источником энергии, который он назвал, используя терминологию бомбы, «первичным». [13]
Основное преимущество этой схемы - эффективность процесса плавления при высоких плотностях. Согласно критерию Лоусона, количество энергии, необходимое для нагрева DT-топлива до безубыточного состояния при атмосферном давлении, возможно, в 100 раз больше, чем энергия, необходимая для его сжатия до давления, обеспечивающего такую же скорость плавления. Таким образом, теоретически подход ICF был бы значительно более эффективным с точки зрения выгоды. [13] Это можно понять, рассматривая потери энергии в обычном сценарии, когда топливо медленно нагревается, как в случае энергии магнитного синтеза ; Скорость потери энергии в окружающую среду основана на разнице температур между топливом и окружающей средой, которая продолжает увеличиваться по мере нагрева топлива. В случае ICF весь хольраум заполнен высокотемпературным излучением, что ограничивает потери. [14]
В Германии
Примерно в то же время (в 1956 году) в Институте Макса Планка в Германии пионер термоядерного синтеза Карл Фридрих фон Вайцзеккер организовал встречу . На этой встрече Фридвардт Винтерберг предложил воспламенение термоядерного микровзрыва без деления сходящейся ударной волной, возбуждаемой бризантными взрывчатыми веществами. [15] Дальнейшая ссылка на работу Винтерберга в Германии по ядерным микровзрывам (мининукам) содержится в рассекреченном отчете бывшей восточногерманской Штази (Staatsicherheitsdienst). [16]
В 1964 году Винтерберг предположил, что воспламенение может быть достигнуто за счет интенсивного пучка микрочастиц, ускоренных до скорости 1000 км / с. [17] А в 1968 году он предложил использовать для той же цели интенсивные электронные и ионные пучки, генерируемые генераторами Маркса . [18] Преимущество этого предложения состоит в том, что генерация пучков заряженных частиц не только менее затратна, чем генерация лазерных лучей, но также может улавливать заряженные продукты реакции синтеза из-за сильного магнитного поля луча, что резко снижает сжатие. требования к цилиндрическим мишеням с лучевым зажиганием.
В СССР
В 1967 году научный сотрудник Гурген Аскарян опубликовал статью, в которой предлагалось использовать сфокусированные лазерные лучи для синтеза дейтерида лития или дейтерия. [19]
Раннее исследование
В конце 1950-х годов Наколлс и его сотрудники из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) провели ряд компьютерных симуляций концепции ICF. В начале 1960 года это произвело полное моделирование взрыва 1 мг DT-топлива внутри плотной оболочки. Моделирование показало, что входная мощность 5 МДж в hohlraum будет производить 50 МДж на выходе термоядерного синтеза, а коэффициент усиления равен 10. В то время лазер еще не был изобретен, и было рассмотрено большое количество возможных драйверов, в том числе импульсные силовые машины. , ускорители заряженных частиц, плазменные пушки и сверхскоростные пеллетные пушки. [20]
За год были сделаны два ключевых теоретических открытия. В новом моделировании учитывалась синхронизация энергии, передаваемой в импульсе, известная как «формирование импульса», что приводило к лучшему сжатию. Кроме того, оболочка была сделана намного больше и тоньше, образуя тонкую оболочку, а не почти твердый шар. Эти два изменения резко увеличили эффективность имплозии и, таким образом, значительно снизили энергию, необходимую для ее сжатия. Используя эти улучшения, было подсчитано, что потребуется драйвер мощностью около 1 МДж [21], что означает пятикратное улучшение. В течение следующих двух лет было предложено несколько других теоретических достижений, в частности, разработка Рэем Киддером системы имплозии без хольраума, так называемый подход «прямого привода», а также работа Стирлинга Колгейта и Рона Забавски над очень маленькими системами с минимальными затратами. как 1 мкг топлива DT. [22]
Появление лазера в 1960 году в исследовательских лабораториях Хьюза в Калифорнии, казалось, представило идеальный приводной механизм. Начиная с 1962 года, директор Ливермора Джон С. Фостер-младший и Эдвард Теллер начали небольшое исследование лазера, направленное на подход ICF. Даже на этом раннем этапе пригодность системы ICF для исследования оружия была хорошо понята, и это была основная причина ее способности получать финансирование. [23] В течение следующего десятилетия LLNL изготовила несколько небольших экспериментальных устройств для фундаментальных исследований взаимодействия лазера и плазмы.
Начало разработки
В 1967 году Кип Сигель основал KMS Industries на выручку от продажи своей доли в более ранней компании Conductron, пионере в области голографии . В начале 1970-х он основал KMS Fusion, чтобы начать разработку лазерной системы ICF. [24] Такое развитие событий вызвало значительную оппозицию со стороны оружейных лабораторий, включая LLNL, которые выдвинули ряд причин, по которым KMS не должно быть позволено разрабатывать ICF публично. Эта оппозиция проходила через Комиссию по атомной энергии , которая требовала финансирования своих собственных усилий. К фоновому шуму добавились слухи об агрессивной советской программе ICF, новых более мощных СО 2 и стеклянных лазерах, концепции драйвера электронного луча и энергетическом кризисе 1970-х, который придал импульс многим энергетическим проектам. [23]
В 1972 году Наколлс написал влиятельную статью в Nature, в которой представил ICF и предположил, что тестовые системы могут быть созданы для создания слияния с драйверами в диапазоне кДж и систем с высоким коэффициентом усиления с драйверами MJ. [25] [26]
Несмотря на ограниченные ресурсы и многочисленные бизнес-проблемы, KMS Fusion успешно продемонстрировала слияние с процессом ICF 1 мая 1974 года. [27] Однако за этим успехом вскоре последовала смерть Сигела и конец слияния KMS примерно через год. , управляя компанией по полису страхования жизни Siegel. [24] К этому моменту несколько оружейных лабораторий и университетов начали свои собственные программы, в частности твердотельные лазеры ( неодимовые: стеклянные лазеры ) в LLNL и Университете Рочестера , а также системы эксимерных лазеров на фтористом криптоне в Лос-Аламосе и военно-морском исследовательском центре. Лаборатория .
Хотя успех KMS привел к серьезным усилиям по разработке, последующие достижения были и остаются затрудненными из-за, казалось бы, неразрешимых проблем, характерных для исследований термоядерного синтеза в целом.
ICF высокой энергии
Эксперименты с высокоэнергетическими ICF (несколько сотен джоулей на выстрел и большие эксперименты) всерьез начались в начале 1970-х годов, когда были впервые разработаны лазеры необходимой энергии и мощности. Это произошло через некоторое время после успешной разработки термоядерных систем с магнитным удержанием и примерно во время особенно успешной конструкции токамака , представленной в начале 70-х годов. Тем не менее, высокое финансирование исследований в области термоядерного синтеза, стимулированное многочисленными энергетическими кризисами в середине и конце 1970-х годов, привело к быстрому росту производительности, и вскоре инерционные конструкции достигли того же уровня «ниже безубыточности», что и лучшие магнитные системы.
LLNL, в частности, получила очень хорошее финансирование и начала крупную программу развития лазерного термоядерного синтеза. Их лазер Janus начал работу в 1974 году и подтвердил подход к использованию лазеров на неодимовом стекле для создания устройств очень высокой мощности. Сосредоточение проблема была исследована в лазере пути Лонга и Циклоп лазера , что привело к большему Argus лазеру . Ни одно из этих устройств не предназначалось для использования в качестве практических устройств ICF, но каждое из них продвигало уровень техники до такой степени, что существовала некоторая уверенность в правильности базового подхода. В то время считалось, что создание гораздо большего устройства типа «Циклоп» может как сжимать, так и нагревать мишени ICF, что приводит к возгоранию в «краткосрочной перспективе». Это было заблуждение, основанное на экстраполяции выходов термоядерного синтеза, полученных в результате экспериментов с использованием так называемых «взрывающихся толкателей» топливных капсул. В течение периода, охватывающего конец 70-х и начало 80-х годов, оценки лазерной энергии на мишени, необходимой для воспламенения, почти ежегодно удваивались по мере того, как постепенно понимались различные нестабильности плазмы и моды потерь энергии связи между лазером и плазмой. Осознание того, что простая конструкция взрывающейся толкающей мишени и интенсивность лазерного излучения всего в несколько килоджоулей (кДж) никогда не будут масштабироваться до высоких выходов термоядерного синтеза, привело к усилиям по увеличению энергии лазера до уровня 100 кДж в УФ-диапазоне и к производству усовершенствованного аблятора. и конструкции криогенных ледяных мишеней DT.
Шива и Нова
Одной из самых ранних серьезных и крупномасштабных попыток разработки драйвера ICF был лазер Shiva , 20-лучевая лазерная система на стекле, легированном неодимом, построенная в LLNL, которая начала работу в 1978 году. Shiva был «доказательством концепции» конструкции, предназначенной для демонстрации сжатие капсул термоядерного топлива до плотности жидкости, во много раз превышающей водород. В этом Шиве удалось сжать свои гранулы до плотности жидкости, в 100 раз превышающей плотность дейтерия. Однако из-за сильной связи лазера с горячими электронами преждевременный нагрев плотной плазмы (ионов) был проблематичным, а выходы термоядерного синтеза были низкими. Эта неспособность Шивы эффективно нагреть сжатую плазму указала на использование оптических умножителей частоты в качестве решения, которое утроило бы инфракрасный свет от лазера по частоте в ультрафиолет на 351 нм. Недавно обнаруженные схемы эффективной частоты тройного лазерного излучения высокой интенсивности, обнаруженные в Лаборатории лазерной энергетики в 1980 году, позволили экспериментировать с этим методом облучения мишени в 24-лучевом лазере OMEGA и лазере NOVETTE , за которым последовала разработка лазера Nova с В 10 раз больше энергии Шивы, первая конструкция с конкретной целью достижения условий воспламенения.
Nova также не достигла своей цели по достижению зажигания, на этот раз из-за сильного изменения интенсивности лазерного излучения в его лучах (и различий в интенсивности между лучами), вызванного филаментацией, которая привела к большой неоднородности гладкости излучения на мишени и асимметричному сжатию. Использованные ранее методы не могли решить эти новые проблемы. Но снова эта неудача привела к гораздо большему пониманию процесса имплозии, и путь вперед снова казался ясным, а именно: увеличение однородности облучения, уменьшение горячих точек в лазерных лучах с помощью методов сглаживания луча для уменьшения Рэлея - Неустойчивость Тейлора, запечатлевающая отпечаток на мишени, и увеличение лазерной энергии на мишени, по крайней мере, на порядок. Финансирование исследований в области термоядерного синтеза было сильно ограничено в 80-х годах, но, тем не менее, Nova успешно собрала достаточно информации для машины следующего поколения.
Национальный центр зажигания
Получившаяся в результате конструкция, ныне известная как National Ignition Facility , была начата строительством в LLNL в 1997 году. Основная цель NIF будет состоять в том, чтобы работать как флагманское экспериментальное устройство так называемой программы управления ядерным оружием , поддерживая традиционную роль LLNL в создании бомб. Завершенный в марте 2009 года [28] NIF провел эксперименты с использованием всех 192 лучей, включая эксперименты, которые установили новые рекорды по мощности лазера. [29] [30] Первые вероятные попытки воспламенения были первоначально запланированы на 2010 г. [ необходима цитата ], но по состоянию на 30 сентября 2012 г. зажигание не было достигнуто. [31] По состоянию на 7 октября 2013 г. предполагается , что объект имеет достигли важной вехи на пути к коммерциализации термоядерного синтеза, а именно, впервые топливная капсула выделяла больше энергии, чем было приложено к ней. [32] До соответствия критерию Лоусона еще далеко, но это большой шаг вперед. [33] В июне 2018 года NIF объявил о достижении рекордного уровня выработки энергии термоядерного синтеза в 54 кДж. [34]
Быстрое зажигание
Более поздней разработкой является концепция « быстрого зажигания », которая может предложить способ прямого нагрева топлива с высокой плотностью после сжатия, тем самым разделяя фазы нагрева и сжатия имплозии. В этом подходе цель сначала сжимается «нормально» с помощью лазерной системы драйвера, а затем, когда имплозия достигает максимальной плотности (в точке застоя или «времени взрыва»), второй ультракороткий импульс сверхвысокой мощности петаватт (PW ) лазер подает одиночный импульс, сфокусированный на одной стороне сердечника, резко нагревая его и, надеюсь, запускает термоядерное зажигание. Двумя типами быстрого зажигания являются метод «сквозного плазменного зажигания» и метод «конус в оболочке». В первом методе петаваттный лазер просто должен проходить сквозь внешнюю плазму взрывающейся капсулы и воздействовать на плотное ядро и нагревать его, тогда как в методе конуса в оболочке капсула устанавливается на конце небольшой конус с высоким z (высоким атомным номером ), так что кончик конуса выступает в ядро капсулы. В этом втором методе, когда капсула взорвана, петаватт имеет четкий вид прямо на ядро с высокой плотностью и не должен тратить энергию на бурение через плазму «короны»; однако присутствие конуса влияет на процесс имплозии значительным образом, что до конца не изучено. В настоящее время осуществляется несколько проектов по исследованию подхода быстрого зажигания, включая модернизацию лазера OMEGA в Университете Рочестера, устройства GEKKO XII в Японии и совершенно нового объекта стоимостью 500 миллионов фунтов стерлингов, известного как HiPER , который предлагается построить в Европе. Союз . В случае успеха метод быстрого зажигания может значительно снизить общее количество энергии, необходимое для доставки к цели; в то время как NIF использует УФ-лучи 2 МДж, драйвер HiPER - 200 кДж, а нагреватель - 70 кДж, тем не менее прогнозируемый выигрыш от термоядерного синтеза даже выше, чем в NIF.
Другие проекты
Laser Mégajoule , французский проект, продемонстрировал свою первую экспериментальную линию в 2002 году, а первые стрельбы по мишеням, наконец, были произведены в 2014 году. [35] По состоянию на 2016 год машина была готова примерно на 75%.
Совершенно другой подход - это устройство z- пинча . Z- пинч использует большое количество электрического тока, который передается в цилиндр, состоящий из очень тонких проводов. Провода испаряются, образуя электропроводящую сильноточную плазму; Возникающее в результате окружное магнитное поле сжимает плазменный цилиндр, взламывая его и тем самым генерируя импульс рентгеновского излучения большой мощности, который можно использовать для взрыва топливной капсулы. Проблемы с этим подходом включают относительно низкие температуры привода, приводящие к медленным скоростям имплозии и потенциально большому росту нестабильности, а также предварительный нагрев, вызванный высокоэнергетическим рентгеновским излучением. [36] [37]
Как источник энергии
Практические электростанции, построенные с использованием ICF, изучаются с конца 1970-х годов, когда эксперименты ICF начали наращивать мощность; они известны как инерционная термоядерная энергия или установки IFE . Эти устройства будут доставлять последовательный поток мишеней в реакционную камеру, обычно несколько секунд, и улавливать получающееся тепло и нейтронное излучение от их имплозии и синтеза, чтобы приводить в действие обычную паровую турбину .
Технические проблемы
IFE по-прежнему сталкивается с техническими проблемами при достижении условий, необходимых для зажигания. Но даже если бы все это было решено, существует значительное количество практических проблем, которые кажутся столь же трудными для преодоления. Первоначально считалось, что системы с лазерным приводом могут генерировать коммерчески полезное количество энергии. Однако, поскольку оценки энергии, необходимой для воспламенения, резко выросли в 1970-х и 80-х годах, эти надежды были оставлены. Учитывая низкую эффективность процесса лазерного усиления (примерно от 1 до 1,5%) и потери при генерации (КПД паровых турбин обычно составляет примерно 35%), выигрыш от термоядерного синтеза должен быть порядка 350, чтобы получить только энергию. точка безубыточности. Казалось, что добиться такого рода успехов невозможно, и работа ICF была сосредоточена в первую очередь на исследованиях оружия. [ необходима цитата ]
С недавним введением быстрого зажигания и аналогичных подходов все кардинально изменилось. При таком подходе прогнозируется усиление 100 в первом экспериментальном устройстве HiPER. Учитывая коэффициент усиления около 100 и КПД лазера около 1%, HiPER производит примерно такое же количество термоядерной энергии , какое потребовалось для его создания электрическая энергия. Также представляется, что повышение эффективности лазера на порядок может быть возможным за счет использования новых конструкций, которые заменяют лампы-вспышки лазерными диодами , настроенными на выработку большей части своей энергии в частотном диапазоне, который сильно поглощается. Первоначальные экспериментальные устройства предлагают эффективность около 10%, и предполагается, что 20% - это реальная возможность с некоторыми дополнительными разработками.
В «классических» устройствах, таких как NIF, около 330 МДж электроэнергии используется для создания управляющих лучей, что дает ожидаемую мощность около 20 МДж с максимальной вероятной мощностью 45 МДж. Использование таких же чисел в реакторе, сочетающем быстрое зажигание с более новыми лазерами, обеспечило бы кардинально улучшенные характеристики. HiPER требует около 270 кДж лазерной энергии, поэтому, если предположить, что драйвер диодного лазера первого поколения на 10%, реактор потребует около 3 МДж электроэнергии. Ожидается, что это произведет около 30 МДж термоядерной энергии. [38] Даже очень плохое преобразование в электрическую энергию, по-видимому, обеспечивает реальную выходную мощность, а постепенное улучшение выхода и эффективности лазера, по-видимому, может обеспечить коммерчески полезный выход.
Практические проблемы
Системы ICF сталкиваются с некоторыми из тех же проблем вторичного извлечения энергии, что и магнитные системы, при выработке полезной энергии за счет их реакций. Одна из основных задач - как успешно отвести тепло из реакционной камеры, не мешая мишеням и ведущим лучам. Еще одна серьезная проблема заключается в том, что огромное количество нейтронов, высвобождаемых в реакциях синтеза, вступает в реакцию с растением, в результате чего они сами становятся сильно радиоактивными, а также механически ослабляют металлы. Установки для плавления, построенные из обычных металлов, таких как сталь, будут иметь довольно короткий срок службы, и защитные сосуды активной зоны придется часто заменять.
Одна из современных концепций решения обеих этих проблем, как показано в базовой схеме HYLIFE-II , заключается в использовании «водопада» FLiBe , расплавленной смеси фторидных солей лития и бериллия , которые защищают камеру от нейтронов и уносят тепло. Затем FLiBe попадает в теплообменник, где нагревает воду для использования в турбинах. [39] Тритий, произведенный при делении ядер лития, также может быть извлечен, чтобы замкнуть термоядерный топливный цикл электростанции, что необходимо для непрерывной работы, поскольку тритий не существует в естественных количествах и должен производиться. Другая концепция, Sombrero , использует реакционную камеру, построенную из полимера, армированного углеродным волокном, который имеет очень низкое нейтронное сечение . Охлаждение обеспечивается расплавленной керамикой, выбранной из-за ее способности препятствовать дальнейшему распространению нейтронов, и в то же время она является эффективным теплоносителем. [40]
Экономическая жизнеспособность
Даже если эти технические достижения решат значительные проблемы в IFE, еще одним фактором, препятствующим IFE, является стоимость топлива. Даже когда Наколлс занимался разработкой своих первых подробных расчетов по этой идее, его коллеги указали на это: если установка IFE вырабатывает 50 МДж термоядерной энергии, можно было бы ожидать, что выстрел может произвести около 10 МДж энергии на экспорт. В пересчете на более известные единицы это эквивалентно 2,8 кВт-ч электроэнергии. Оптовые расценки на электроэнергию в сети в то время составляли около 0,3 цента / кВт · ч, что означало, что денежная стоимость выстрела составляла, возможно, один цент. За прошедшие 50 лет цена на электроэнергию оставалась примерно на уровне инфляции, а в 2012 году в Онтарио, Канада, она составляла около 2,8 цента / кВтч. [41]
Таким образом, для того, чтобы установка IFE была экономически жизнеспособной, заправка топливом должна стоить значительно меньше десяти центов в долларах 2012 года. Когда это возражение было впервые высказано, Наколлс предложил использовать капли жидкости, распыляемые в хольраум из устройства, похожего на глазную капельницу. [21] Учитывая постоянно растущие требования к более высокой однородности мишеней, этот подход кажется непрактичным, поскольку даже внутренний аблятор и само топливо в настоящее время стоят на несколько порядков больше, чем это. Более того, в решении Nuckolls топливо сбрасывалось в фиксированный хольраум, который можно было повторно использовать в непрерывном цикле, но при нынешних уровнях энергии хольраум разрушается с каждым выстрелом.
В системах с прямым приводом не используется хольраум, и поэтому они могут быть менее дорогостоящими с точки зрения расхода топлива. Однако для этих систем по-прежнему требуется аблятор, а точность и геометрические характеристики еще более важны. Они также намного менее развиты, чем системы с непрямым приводом, и сталкиваются со значительно более серьезными техническими проблемами с точки зрения физики имплозии. В настоящее время нет единого мнения, действительно ли система с прямым приводом будет дешевле в эксплуатации.
Прогнозируемое развитие
Различные фазы такого проекта заключаются в следующем, последовательность развития термоядерного синтеза с инерционным удержанием следует примерно так же:
- Горящая демонстрация
- Воспроизводимое достижение некоторого высвобождения энергии термоядерного синтеза (не обязательно с добротностью> 1).
- Демонстрация высокого усиления
- Экспериментальная демонстрация возможности создания реактора с достаточным выигрышем энергии.
- Промышленная демонстрация
- Проверка различных технических вариантов и всех данных, необходимых для определения коммерческого реактора.
- Коммерческая демонстрация
- Демонстрация работоспособности реактора в течение длительного периода с соблюдением всех требований по безопасности, ответственности и стоимости.
На данный момент, согласно имеющимся данным, [42] эксперименты по термоядерному синтезу с инерционным удержанием не вышли за рамки первой фазы, хотя Нова и другие неоднократно демонстрировали работу в этой области. В краткосрочной перспективе ожидается, что ряд новых систем выйдет на второй этап.
Для настоящей промышленной демонстрации требуются дальнейшие работы. В частности, лазерные системы должны работать на высоких рабочих частотах, от одного до десяти раз в секунду. Большинство лазерных систем, упомянутых в этой статье, не работают даже один раз в день. Часть бюджета HiPER также посвящена исследованиям в этом направлении. Поскольку они преобразуют электричество в лазерный свет с гораздо более высокой эффективностью, диодные лазеры также имеют более низкую температуру, что, в свою очередь, позволяет им работать на гораздо более высоких частотах. HiPER в настоящее время изучает устройства, которые работают при 1 МДж при 1 Гц или, поочередно, 100 кДж при 10 Гц.
Исследования и разработки в области инерционной термоядерной энергии продолжались в Европейском Союзе и в Японии. Установка High Power Laser Energy Research (HiPER) - это экспериментальное термоядерное устройство, которое находится в стадии предварительного проектирования для возможного строительства в Европейском Союзе для продолжения разработки подхода с инерционным ограничением, управляемым лазером. HiPER - это первый эксперимент, разработанный специально для изучения метода быстрого зажигания для создания ядерного синтеза. Использование гораздо меньших по размеру лазеров, чем в обычных конструкциях, но при этом выходная мощность термоядерного синтеза примерно такой же величины обеспечит гораздо более высокую добротность при сокращении затрат на строительство примерно в десять раз. Теоретические исследования с момента разработки HiPER в начале 2000-х годов поставили под сомнение быстрое зажигание, но для решения некоторых из этих проблем был предложен новый подход, известный как ударное зажигание . [43] [44] [45] Япония разработала конструкцию термоядерного реактора KOYO-F и экспериментальный реактор для испытания лазерного инерционного термоядерного синтеза (LIFT). [46] [47] [48] В апреле 2017 года агентство Bloomberg News сообщило, что Майк Кэссиди , бывший вице-президент Google и директор Project Loon с Google [x] , основал стартап Apollo Fusion в области экологически чистой энергии, чтобы разработать гибридный синтез. технология реакторов деления. [49] [50]
Программа ядерного оружия
Очень горячие и плотные условия, возникающие во время эксперимента по термоядерному синтезу с инерционным удержанием, аналогичны условиям, создаваемым в термоядерном оружии, и применяются в программе создания ядерного оружия. Эксперименты ICF могут использоваться, например, для определения того, как характеристики боеголовки будут ухудшаться с возрастом, или как часть программы разработки нового оружия. Сохранение знаний и корпоративного опыта в программе создания ядерного оружия - еще одна мотивация для реализации ICF. [51] [52] Финансирование NIF в Соединенных Штатах поступает из программы «Управление запасами ядерного оружия», и цели программы ориентированы соответствующим образом. [53] Утверждалось, что некоторые аспекты исследований ICF могут нарушать Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний или Договор о нераспространении ядерного оружия . [54] В долгосрочной перспективе, несмотря на огромные технические препятствия, исследования ICF потенциально могут привести к созданию « чистого термоядерного оружия ». [55]
Источник нейтронов
Термоядерный синтез с инерционным удержанием может произвести на порядки больше нейтронов, чем расщепление . Нейтроны способны обнаруживать атомы водорода в молекулах, разрешать атомное тепловое движение и изучать коллективные возбуждения фотонов более эффективно, чем рентгеновские лучи. Исследования молекулярных структур с помощью нейтронного рассеяния могут решить проблемы, связанные со сворачиванием белков , диффузией через мембраны , механизмами переноса протонов , динамикой молекулярных двигателей и т. Д. Путем преобразования тепловых нейтронов в пучки медленных нейтронов. [56] В сочетании с делящимися материалами нейтроны, произведенные ICF, потенциально могут быть использованы в конструкциях гибридного ядерного синтеза для производства электроэнергии.
Смотрите также
- Магнито-инерционный синтез
- Слияние с намагниченной мишенью (MTF)
- Термоядерный синтез с магнитным удержанием
- Ядерный импульсный двигатель, катализируемый антивеществом
- Лаборатория лазерной энергетики
- Леонардо Маскерони , который предложил использовать фтороводородные лазеры для достижения термоядерного синтеза.
- Термоядерный синтез с пузырьками - явление, которое, как утверждают, - спорно, - обеспечивает акустическую форму термоядерного синтеза с инерционным удержанием.
- Список лазерных статей
- Список статей по физике плазмы
- Импульсная мощность
- Лазерный мегаджоуль
- Фокус плотной плазмы
- Протонно-борный синтез
Рекомендации
- ^ Блэкберн, TG; Риджерс, CP; Кирк, JG; Белл, АР (7 января 2014 г.). «Квантовая радиационная реакция при столкновениях лазерного пучка и электронного пучка». Письма с физическим обзором . 112 (1): 055001. arXiv : 1503.01009 . Bibcode : 2014PhRvL.112a5001B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.112.015001 . PMID 24483905 . S2CID 27474467 .
- ^ «FusEdWeb | Fusion Education» . Fusedweb.llnl.gov. Архивировано из оригинала на 2013-05-10 . Проверено 11 октября 2013 .
- ^ Хоффман, Марк (23 марта 2013 г.). «Что такое критерии Лоусона или как сделать термоядерную энергию жизнеспособной» . Scienceworldreport.com . Проверено 23 августа 2014 .
- ^ Малик 2021 , стр. 284.
- ^ Малик 2021 , стр. 285.
- ^ Hayes, AC; Jungman, G .; Solem, JC; Брэдли, Пенсильвания; Рундберг, RS (2006). «Оперативная бета-спектроскопия как диагностика смеси в воспламененных капсулах NIF». Современная физика Буква A . 21 (13): 1029. arXiv : Physics / 0408057 . Bibcode : 2006MPLA ... 21.1029H . DOI : 10.1142 / S0217732306020317 . S2CID 119339212 .
- ^ Hsing, Warren W .; Хоффман, Нельсон М. (май 1997 г.). "Измерение прохождения и роста нестабильности в радиационно-управляемых цилиндрических взрывах". Письма с физическим обзором . 78 (20): 3876–3879. DOI : 10.1103 / PhysRevLett.78.3876 .
- ^ Деятельность программы термоядерного синтеза с инерционным удержанием, апрель 2002 г. Архивировано 11 мая 2009 г., на Wayback Machine
- ^ УТС с инерционным удержанием Программная деятельность, март 2006 архивации 11 мая 2009, в Wayback Machine
- ^ Линдл, Джон; Хаммель, Брюс (2004), «Последние достижения в области физики мишеней ICF с косвенным приводом», 20-я конференция МАГАТЭ по термоядерной энергии (PDF) , Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса , данные получены 23 августа 2014 г.
- ^ a b Nuckolls 1998 , стр. 1.
- ^ Ф.А. Лонг, "Мирные ядерные взрывы" , Бюллетень ученых-атомщиков , октябрь 1976 г., стр. 24-25.
- ^ a b Nuckolls 1998 , стр. 2.
- ^ Nuckolls 1998 , стр. 3.
- ^ Архивы библиотеки университета Штутгарта, Konvolut 7 недвижимости профессора доктора Hoecker 1956 фон Вайцзеккер, Встреча в Геттингене
- ^ Отчет Штази бывшей Восточно-Германской Демократической Республики, MfS-AGM, изданный "Der Bundesbeauftragte für die Unterlagen des Staatsicherheitsdienstes der ehemaligen Deutschen Demokratischen Republik", Zentralarchiv, Berlin, 1987
- ^ Ф. Винтерберг, З. ф. Naturforsch. 19а, 231 (1964)
- ↑ Винтерберг Ф., Phys. 174, 212 (1968).
- ^ Гурген Аскарян (1967).Новые физические эффекты[Новые физические эффекты]. Наука и жизнь . 11 : 105.
- ^ Nuckolls 1998 , стр. 4.
- ^ a b Nuckolls 1998 , стр. 5.
- ^ Nuckolls 1998 , стр. 4-5.
- ^ a b Nuckolls 1998 , стр. 6.
- ^ a b Шон Джонстон, "Интервью с доктором Ларри Сибертом" , Американский институт физики, 4 сентября 2004 г.
- ^ Наколлс, Джон; Вуд, Лоуэлл; Тиссен, Альберт; Циммерман, Джордж (1972), «Лазерное сжатие вещества до сверхвысокой плотности: термоядерные (CTR) приложения», Nature , 239 (5368): 139–142, Bibcode : 1972Natur.239..139N , doi : 10.1038 / 239139a0 , S2CID 45684425
- ^ Линдл, Дж. Д. (1993), «Лекция, посвященная медали Эдварда Теллера: эволюция к непрямому приводу и два десятилетия прогресса в направлении воспламенения и горения ICF», Международный семинар по взаимодействию лазеров и связанным с ними плазменным явлениям (PDF) , Министерство энергетики (DOE) 'Office of Scientific and Technical Information (OSTI) , данные получены 23 августа 2014 г.
- ^ Вятт, Филип (декабрь 2009 г.). "Задняя страница" . Aps.org . Проверено 23 августа 2014 .
- ^ Хиршфельд, Боб (31 марта 2009 г.). «Министерство энергетики объявляет о завершении строительства самого большого в мире лазера» . Publicaffairs.llnl.gov. Архивировано из оригинала на 27 мая 2010 года . Проверено 23 августа 2014 .
- ^ Джейсон Палмер (28 января 2010 г.). «Результаты испытаний лазерного термоядерного синтеза вселяют надежды в энергии» . BBC News . Проверено 28 января 2010 .
- ^ «Первоначальные эксперименты NIF соответствуют требованиям для зажигания термоядерным синтезом» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . 2010-01-28. Архивировано из оригинала на 2010-05-27 . Проверено 28 января 2010 .
- ^ Уильям Дж. Броуд . «Пока безрезультатный, проект Fusion сталкивается с экономным конгрессом» .
- ^ Филип Болл (12 февраля 2014 г.). «Лазерный термоядерный эксперимент извлекает чистую энергию из топлива» . Природа : 12–27. DOI : 10.1038 / nature.2014.14710 . S2CID 138079001 . Проверено 13 февраля 2014 .
- ^ «В лаборатории США пройдена веха ядерного синтеза» . BBC News . 7 октября 2013 . Проверено 8 октября 2013 года .
реакция термоядерного синтеза превысила количество энергии, поглощаемой топливом
- ^ «NIF достигает рекордного выхода двойной плавки» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . 2018-06-13 . Проверено 11 ноября 2019 .
- ^ http://www-lmj.cea.fr/fr/lmj/index.htm
- ↑ Z-Pinch Power Plant - система с импульсным приводом для термоядерной энергии. Архивировано 17 января 2009 года на Wayback Machine.
- ^ Грабовский Е.В. (2002). Исследование Fast Z - Pinch в России и связанные с этим проблемы . ПЛОТНЫЕ Z-ПИНЧИ: 5-я Международная конференция по Плотным Z-Пинчам. Материалы конференции AIP. 651 . С. 3–8. Bibcode : 2002AIPC..651 .... 3G . DOI : 10.1063 / 1.1531270 .
- ^ Данн, Майк (2006), «HiPER: установка для лазерного синтеза для Европы», Fast Ignition Workshop (PDF) , Central Laser Facility, Rutherford Appleton Laboratory , получено 23 августа 2014 г.
- ^ Олсон, Крейг; Табак, Макс; Дальбург, Джилл; Олсон, Рик; Пэйн, Стив; Сетиан, Джон; Барнард, Джон; Спилман, Рик; Шульц, Кен; Петерсон, Роберт; Петерсон, Пер; Мейер, Уэйн; Перкинс, Джон (1999), «Рабочая группа по концепциям инерционного синтеза, заключительные отчеты подгрупп», 1999 Fusion Summer Study (PDF) , Колумбийский университет , данные получены 23 августа 2014 г.
- ^ Святославский, ИН; Sawan, ME; Петерсон, Р.Р .; Кульцински, Г.Л .; Макфарлейн, Джей Джей; Виттенберг, LJ; Могахед, EA; Ратледж, Южная Каролина; Ghose, S .; Бурк, Р. (1991), «SOMBRERO - Solid Breeder Moving Bed KrF Laser Driven Power Reactor», 14-й симпозиум IEEE / NPSS по термоядерной инженерии (PDF) , Институт технологий термоядерного синтеза, Университет Висконсина , получено 23 августа 2014 г.
- ^ «IESO Power Data» . Ieso.ca. Архивировано из оригинала на 2014-10-02 . Проверено 23 августа 2014 .
- ^ Эта глава основана на данных, доступных в июне 2006 года, когда лазерные мегаджоульные лазеры и лазеры NIF еще не были полностью введены в эксплуатацию.
- ^ Perkins, LJ; Betti, R .; LaFortune, KN; Уильямс, WH (2009). «Ударное зажигание: новый подход к термоядерному синтезу с высоким коэффициентом усиления инерционного удержания на национальной установке зажигания» (PDF) . Письма с физическим обзором . 103 (4): 045004. Bibcode : 2009PhRvL.103d5004P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.103.045004 . PMID 19659364 .
- ^ Команда проекта HiPER (1 декабря 2013 г.). Отчет о завершении подготовительного этапа HiPER (PDF) (Отчет) . Дата обращения 1 мая 2017 .
- ^ Ribeyre, X .; Schurtz, G .; Lafon, M .; Galera, S .; Вебер, С. (2009). «Шоковое зажигание: альтернативная схема для HiPER». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 51 (1): 015013. Bibcode : 2009PPCF ... 51a5013R . DOI : 10.1088 / 0741-3335 / 51/1/015013 . ISSN 0741-3335 .
- ^ Норимацу, Такаяоши; Кодзаки, Ясудзи; Ширага, Хироши; Фудзита, Хисанори; Окано, Кунихико; Азек, Хироши (2013). "Подъем экспериментального реактора лазерного термоядерного синтеза на основе быстрого зажигания и проблема" . CLEO: 2013 (2013), Бумага ATh4O.3 . Оптическое общество Америки: ATh4O.3. DOI : 10,1364 / CLEO_AT.2013.ATh4O.3 . ISBN 978-1-55752-972-5. S2CID 10285683 .
- ^ Norimatsu, T .; Kawanaka, J .; Miyanaga, M .; Азечи, Х. (2007). «Концептуальный проект электростанции быстрого зажигания KOYO-F, управляемой охлаждаемым керамическим лазером на Yb: YAG» . Наука и технология термоядерного синтеза . 52 (4): 893–900. DOI : 10.13182 / fst52-893 . S2CID 117974702 .
- ^ Норимацу, Т. (2006). «Лазерный термоядерный реактор с быстрым зажиганием KOYO-F - Резюме конструкторского комитета FI лазерного термоядерного реактора» (PDF) . Американо-японский семинар по исследованиям электростанций и связанным с ними передовым технологиям с участием ЕС (24-25 января 2006 г., Сан-Диего, Калифорния).
- ^ Стоун, Брэд (3 апреля 2017 г.). «Бывший вице-президент Google основал компанию, обещающую чистую и безопасную ядерную энергию» . Bloomberg.com . Проверено 1 мая 2017 .
- ^ Томпсон, Эйвери (3 апреля 2017 г.). «Может ли стартап Googler Fusion запустить ядерную энергетику?» . Популярная механика . Проверено 1 мая 2017 .
- ^ Ричард Гарвин , контроль над вооружениями Сегодня 1997
- ^ «Наука» . Lasers.llnl.gov . Проверено 24 августа 2014 .
- ^ «Управление запасами» . Lasers.llnl.gov . Проверено 24 августа 2014 .
- ^ Махиджани, Арджун; Зерриффи, Хишам (15.07.1998). «Опасный термоядерный квест» . Ieer.org . Проверено 23 августа 2014 .
- ↑ Джонс и фон Хиппель, Наука и глобальная безопасность, 1998 г., том 7, стр. 129-150. Архивировано 9 марта 2008 г., в Wayback Machine.
- ^ Тейлор, Эндрю; Данн, М; Bennington, S; Ansell, S; Гарднер, я; Norreys, P; Брум, Т; Финдли, Д. Нельмес, Р. (февраль 2007 г.). «Путь к самому яркому источнику нейтронов?». Наука . 315 (5815): 1092–1095. Bibcode : 2007Sci ... 315.1092T . DOI : 10.1126 / science.1127185 . PMID 17322053 . S2CID 42506679 .
Библиография
- Наколлс, Джон (1998). «Первые шаги к инерционной термоядерной энергии (IFE)» (PDF) . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - Малик, Хитендра (март 2021 г.). Взаимодействие лазера с веществом для излучения и энергии . CRC Press. ISBN 9781315396019.
Внешние ссылки
- Национальный проект по воспламенению
- Домашняя страница Zpinch
- В Европе планируется установка лазерного термоядерного синтеза (Physicsweb)
- Лазеры указывают путь к чистой энергии (The Guardian)
- Национальный план развития лазерной термоядерной энергии
- Институт лазерной инженерии Осакского университета
- Лазерная энергия термоядерного деления с инерционным ограничением
- Тяжелый ионный синтез