Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Пироэлектрический синтез относится к технике использования пироэлектрических кристаллов для создания электростатических полей высокой силы для ускорения ионов дейтерия ( тритий также может быть использован когда-нибудь) в металлогидридную мишень, также содержащую дейтерий (или тритий) с кинетической энергией, достаточной для того, чтобы эти ионы подверглись ядерный синтез . Об этом сообщила в апреле 2005 года команда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе . Ученые использовали пироэлектрический кристалл, нагретый от -34 до 7 ° C (от -29 до 45 ° F), в сочетании с вольфрамовой иглой для создания электрического поля.примерно 25 гигавольт на метр для ионизации и ускорения ядер дейтерия в мишень из дейтерида эрбия . Хотя энергия ионов дейтерия, генерируемых кристаллом, не измерялась напрямую, авторы использовали 100 кэВ (температура около 10 9  К ) в качестве оценки при моделировании. [1] На этих уровнях энергии два ядра дейтерия могут сливаться вместе, образуя ядро гелия-3 , нейтрон с энергией 2,45 МэВ и тормозное излучение . Несмотря на то, что он является полезным генератором нейтронов, устройство не предназначено для выработки электроэнергии, поскольку требует гораздо больше энергии, чем производит. [2] [3] [4] [5]

История [ править ]

Процесс ускорения легких ионов с использованием электростатических полей и ионов дейтерия для получения термоядерного синтеза в твердых дейтерированных мишенях был впервые продемонстрирован Кокрофтом и Уолтоном в 1932 году (см. Генератор Кокрофта-Уолтона ). Действительно, сегодня этот процесс используется в тысячах миниатюрных версий их оригинального ускорителя в форме небольших нейтронных генераторов с герметичными трубками в нефтедобывающей промышленности.

Процесс пироэлектричества известен с давних времен. [6] Первое использование пироэлектрического поля для ускорения дейтронов было в 1997 году в эксперименте, проведенном доктором. В. Д. Дугар Жабон, Г. В. Федорович, Н. В. Самсоненко. [7] Эта группа была первой, кто использовал пироэлектрический кристалл танталата лития ( Li Ta O 3 ) в термоядерных экспериментах.

Новаторская идея пироэлектрического подхода к термоядерному синтезу заключается в применении пироэлектрического эффекта для создания ускоряющих электрических полей. Это достигается путем нагревания кристалла от -34 ° C до + 7 ° C в течение нескольких минут.

Результаты с 2005 г. [ править ]

В апреле 2005 года группа из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, возглавляемая профессором химии Джеймсом К. Гимжевски [8] и профессором физики Сетом Путтерманом, использовала вольфрамовый зонд, прикрепленный к пироэлектрическому кристаллу, для увеличения напряженности электрического поля. [9] Брайан Наранджо, аспирант, работавший под руководством Паттермана, провел эксперимент, демонстрирующий использование пироэлектрического источника энергии для получения термоядерного синтеза на лабораторном настольном устройстве. [10] В устройстве использовался пироэлектрический кристалл танталата лития ( Li Ta O 3 ) для ионизации атомов дейтерия и ускорения дейтронов в направлении неподвижного дидейтерида эрбия ( Er D2 ) цель. Происходило около 1000 термоядерных реакций в секунду, каждая приводила к образованию ядра гелия-3 с энергией 820 кэВ и нейтрона с энергией 2,45 МэВ . Команда ожидает применения устройства в качестве генератора нейтронов или, возможно, в микродвигателях для космических двигателей .

Команда политехнического института Ренсселера во главе с Яроном Даноном и его аспирантом Джеффри Гойтером усовершенствовала эксперименты Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, используя устройство с двумя пироэлектрическими кристаллами, способное работать при некриогенных температурах. [11] [12]

Ядерный DD-синтез, управляемый пироэлектрическими кристаллами, был предложен Наранджо и Паттерманом в 2002 году. [13] Он также обсуждался Браунриджем и Шафротом в 2004 году. [14] Возможность использования пироэлектрических кристаллов в устройстве для производства нейтронов (DD-синтез) была предложено в докладе конференции Geuther и Danon в 2004 г. [15], а затем в публикации, посвященной ускорению электронов и ионов пироэлектрическими кристаллами. [16] Ни один из этих более поздних авторов не имел предварительных сведений об экспериментальной работе 1997 года, проведенной Дугаром Джабоном, Федоровичем и Самсоненко, которые ошибочно полагали, что слияние происходит внутри кристаллов. [7]Ключевой ингредиент использования вольфрамовой иглы для создания достаточного тока ионного пучка для использования с источником питания пироэлектрического кристалла был впервые продемонстрирован в статье Nature 2005 года , хотя в более широком контексте наконечники вольфрамового эмиттера использовались в качестве источников ионов в других приложениях для многих годы. В 2010 году было обнаружено, что вольфрамовые наконечники эмиттеров не нужны для увеличения ускоряющего потенциала пироэлектрических кристаллов; потенциал ускорения может позволить положительным ионам достигать кинетической энергии от 300 до 310 кэВ. [17]

Пироэлектрический синтез был разрекламирован в средствах массовой информации [18], которые упустили из виду более ранние экспериментальные работы Дугара Джабона, Федоровича и Самсоненко. [7] Пироэлектрический синтез не связан с более ранними заявлениями о реакциях слияния, которые наблюдались во время экспериментов по сонолюминесценции ( слияние пузырьков ), проводимых под руководством Руси Талеярхана из Университета Пердью . [19] Фактически, Наранхо из команды Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе был одним из главных критиков этих более ранних предполагаемых заявлений Талеярхана о слиянии. [20]

Первые успешные результаты пироэлектрического синтеза с использованием меченной тритием мишени были зарегистрированы в 2010 году. [21] Команда Путтермана и Наранхо из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе работала с Т. Венхаусом из Лос-Аламосской национальной лаборатории, чтобы измерить нейтронный сигнал с энергией 14,1 МэВ, намного превышающий фон. Это было естественным продолжением более ранней работы с дейтерированными мишенями.

См. Также [ править ]

  • Источники нейтронов
  • Генератор нейтронов
  • Пироэлектричество

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дополнительные методы для «Наблюдения ядерного синтеза, управляемого пироэлектрическим кристаллом»
  2. ^ UCLA Crystal Fusion
  3. ^ Physics News Update 729, Архивировано 12 ноября 2013 г. на Wayback Machine
  4. ^ Выход из холода: ядерный синтез, по-настоящему | csmonitor.com
  5. ^ Ядерный синтез на рабочем столе ... правда! - Наука - nbcnews.com
  6. ↑ Сидни Лэнг, «Пироэлектричество: от древнего любопытства к современным средствам визуализации» , Physics Today, август 2005 г., стр. 31-36, и Сидни Б. Лэнг, «Справочник по пироэлектричеству», (Лондон: Gordon & Breach, 1974)
  7. ^ a b c Дугар Джабон, Вирджиния; Федорович, Г.В. Самсоненко, Н.В. (1997). «Каталитически индуцированный DD-синтез в сегнетоэлектриках» . Бразильский журнал физики . 27 (4): 515–521. Bibcode : 1997BrJPh..27..515D . DOI : 10.1590 / s0103-97331997000400014 .
  8. ^ :: Джеймс К. Гимзевски :: . Chem.ucla.edu. Проверено 16 августа 2013.
  9. ^ Б. Наранхо, Дж. К. Гимзевски и С. Путтерман (из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе ), "Наблюдение за ядерным синтезом, управляемым пироэлектрическим кристаллом" . Nature , 28 апреля 2005 г. См. Также новостную статью об этом. Архивировано 15 сентября 2008 года в Wayback Machine.
  10. ^ Брайан Наранджо, «Наблюдение за ядерным синтезом, управляемым пироэлектрическим кристаллом», диссертация, представленная в частичном удовлетворении требований для получения степени доктора философии по физике, Калифорнийский университет, Лос-Анджелес, 2006, 57 страниц, доктор Сет Путтерман , Председатель комитета. В диссертации доктора Наранхо нет ссылок на более ранние экспериментальные работы Джабона, Федоровича и Самсоненко [2].
  11. ^ Geuther, Джеффри A .; Данон, Ярон (2005). «Ускорение электронов и положительных ионов пироэлектрическими кристаллами». Журнал прикладной физики . 97 (7): 074109–074109–5. Bibcode : 2005JAP .... 97g4109G . DOI : 10.1063 / 1.1884252 .
  12. ^ Джеффри А. Geuther, «Радиационная генерация с кристаллами пироэлектрических», защитив диссертацию представлен Graduate факультет политехнического института Rensselaer в частичное выполнение требований к степени доктора философии вядерной инженерии и науки, Rensselaer политехнический институт, Трои, Нью-Йорк, 13 апреля 2007 г., 176 страниц, доктор Ярон Данон, научный руководитель.
  13. ^ Б. Наранхо и С. Путтерман "Поиск термоядерного синтеза на основе феномена фокусировки энергии в сегнетоэлектрических кристаллах". Архивировано 13 мая 2006 г. в Wayback Machine . Предложение UCEI, 1 февраля 2002 г.
  14. ^ Джеймс Д. Brownridge и Стивен М. Shafroth, [1] архивации 2006-09-03 в Wayback Machine , 1 мая 2004
  15. ^ Джеффри А. Гейтер, Ярон Данон, «Пироэлектрическое ускорение электронов: улучшения и будущие применения», Зимняя встреча ANS, Вашингтон, округ Колумбия, 14–18 ноября 2004 г.
  16. ^ "Double Crystal Fusion" может проложить путь для портативных устройств , пресс-релизы, Политехнический институт Ренсселера: 2005-2006: "Нью-Йоркская команда подтверждает Tabletop Fusion UCLA". Архивировано 19марта 2006 г.в Wayback Machine . www.scienceblog.com
  17. ^ Tornow, W .; Линам, СМ; Шафрот, С.М. (2010). «Существенное увеличение ускоряющего потенциала пироэлектрических кристаллов». Журнал прикладной физики . 107 (6): 063302–063302–4. Bibcode : 2010JAP ... 107f3302T . DOI : 10.1063 / 1.3309841 . hdl : 10161/3332 .
  18. ↑ Матин Дуррани и Питер Роджерс «Фьюжн в настольном эксперименте» . Physics Web , 27 апреля 2005 г.
  19. ^ Талеярхан, РП; Запад, КД; Лахи, RT; Нигматулин Р.И.; Блок, RC; Сюй, Ю. (2006). «Ядерная эмиссия при самоядерной акустической кавитации». Письма с физическим обзором . 96 (3): 034301. Bibcode : 2006PhRvL..96c4301T . DOI : 10.1103 / physrevlett.96.034301 . PMID 16486709 . 
  20. Перейти ↑ Naranjo, B. (2006). «Комментарий к статье« Ядерные выбросы при самоядерной акустической кавитации » ». Письма с физическим обзором . 97 (14): 149403. arXiv : Physics / 0603060 . Bibcode : 2006PhRvL..97n9403N . DOI : 10.1103 / physrevlett.97.149403 . PMID 17155298 . 
  21. ^ Наранхо, B .; Putterman, S .; Венхаус, Т. (2011). «Пироэлектрический синтез с использованием тритиевой мишени». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: Ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование . 632 (1): 43–46. Bibcode : 2011NIMPA.632 ... 43N . DOI : 10.1016 / j.nima.2010.08.003 .

Внешние ссылки [ править ]

  • "Сайт UCLA по слиянию кристаллов"
  • «Преимущественно холодный синтез»
  • "Новости физики 729"
  • "Выход из холода: ядерный синтез, по-настоящему | csmonitor.com"
  • «Ядерный синтез на рабочем столе ... действительно! - Наука - nbcnews.com - статья, призванная разжечь шумиху над великой командой Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе! Опять же, см. Ссылку 2 (выше), чтобы узнать, кто первым должен получить признание»
  • «Дополнительные методы для« Наблюдения за термоядерным синтезом с помощью пироэлектрического кристалла »можно найти в ссылке 3 (выше)»