Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

ЛАЗЕРНЫЙ ТЕРМОЯД - АЛЬТЕРНАТИВА ТОКАМАКУ

Устройства для получения энергии типа реакторов токамак или стелларатор должны, в принципе, работать в непрерывном режиме или удерживать плазму довольно долго - хотя бы секунды. Но существует и другой способ получения условий для проведения термоядерной реакции - так называемое инерциальное удержание плазмы. Основан он на инерции вещества, которое при резком повышении температуры разлетается не сразу, давая возможность пройти реакции во всем объеме. Одно из его направлений - применение мощного лазерного излучения.

Современные лазеры способны за короткий промежуток времени - около 10-10 секунды - сконцентрировать энергию в чрезвычайно малом объеме - порядка 10-6 см3. Это позволяет получить наиболее высокое на сегодняшний день контролируемое выделение энергии - до 1020 Вт/см2. Лазерные импульсы сжимают термоядерное "горючее" - смесь дейтерия D с тритием T - примерно в 5.104 раз и нагревают его до температуры 10 кэВ (около 120 миллионов градусов). При этих условиях (сохраняющихся только на время действия лазерного импульса) может начаться термоядерная реакция с выделением нейтронов (n) и большого количества энергии:

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

D + T = 4He + n + 17,6 МэВ.

Использовать лазерное излучение для осуществления управляемого термоядерного синтеза предложили в 1961 году Н. Г. Басов и О. Н. Крохин (ФИАН).

Установка для лазерного термоядерного синтеза представляет собой камеру, в которую помещается дейтерий-тритиевая мишень. На мишени фокусируется излучение нескольких мощных импульсных лазеров - от шести ("Дельфин-1", ФИАН) до двадцати ("Nova", Ливермор, США). Установка "Искра-5" (см. 1-ю стр. обложки), созданная во ВНИИЭФ ("Арзамас-16"), имеет двенадцать лазерных каналов с общей энергией излучения 30 кДж.

Мишень представляет собой сферическую ампулу, содержащую несколько миллиграммов дейтериево-тритие вой смеси в виде льда (при температуре ниже 14 K) или газа под давлением до сотен атмосфер. Ампула окружена несколькими оболочками. Внутренние оболочки и экраны предохраняют содержимое от перегрева; внешняя, испаряясь под действием лазерного импульса, разлетается и создает реактивный импульс, который, складываясь со световым давлением, сжимает содержимое мишени.

Лазерные импульсы, несущие энергию порядка 1014 Вт, фокусируются на мишени симметрично со всех сторон. Оболочка ампулы за время, гораздо меньшее длительности импульса, испаряется, ее вещество ионизуется и превращается в плазму (так называемую корону), которая разлетается со скоростью до 1000 км/с.

Лазерное излучение взаимодействует с плазмой по очень сложным законам и нагревает ее. Энергию из короны переносят в плотные слои мишени "горячие" электроны. Тепловой поток испаряет и нагревает новые слои оболочки, в результате чего вся энергия лазерного импульса превращается в тепловую и кинетическую энергию разлетающегося вещества. Его отдача и тепловое давление создают на границе испарения импульс сжатия более 106 атмосфер. Плотность вещества в периферийной части мишени возрастает до 102 - 103 г/см3, а в центральной - до 5 - 50 г/см3. При этих условиях во всей массе дейтериево-тритиевой смеси возникает термоядерная реакция.

Тепло, полученное в ходе реакции, может быть преобразовано в электроэнергию или использовано непосредственно. Но для получения энергии необходимо построить промышленный лазерный термоядерный реактор, а на пути его создания имеется ряд технологических трудностей.

Согласно оценкам, лазеры должны иметь кпд не ниже 5% при энергии излучения 1 - 3 МДж, длительности импульсов (2 - 3).10-8 секунды и частоте их повторения 1 - 10 Гц. Лазеры должны стоять на расстоянии 30 - 50 метров от реактора и обеспечивать фокусировку излучения на мишень размером 1 сантиметр. Неоднородность интенсивности облучения мишени не может превышать 5%, а сама мишень должна быть изготовлена с точностью 1%. Мишени - ампулы с дейтериево_тритиевой смесью нужно подавать в реактор несколько раз в секунду, с высокой точностью фиксируя их в центре реактора. Только при выполнении всех этих условий коэффициент усиления реактора (отношение выделившейся термоядерной энергии к энергии лазеров) может достигнуть 102 - 103. Но сконструировать столь сложную систему с таким количеством серьезных требований пока не удается.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «БНТИ (Бюро научно - технической информации)»