Термоядерный синтез с инерционным удержанием - Inertial confinement fusion

Термоядерный синтез с инерционным удержанием лазеры быстро прогрессировала в конце 1970-х - начале 1980-х, когда была способна доставить лишь несколько джоули энергии лазера (за импульс) до возможности доставить к цели десятки килоджоулей. На этом этапе для экспериментов потребовались невероятно большие научные устройства. Здесь вид на 10-балку LLNL Нова лазер, показанный вскоре после завершения строительства лазера в 1984 году. Примерно во время создания его предшественника, Шива лазер, лазерный синтез вошел в сферу "большая наука ".

Термоядерный синтез с инерционным удержанием (ICF) является разновидностью термоядерная энергия исследование, которое пытается инициировать термоядерная реакция реакции путем нагрева и сжатия топливной мишени, обычно в форме таблетки, которая чаще всего содержит смесь дейтерий и тритий. Типичные топливные гранулы имеют размер булавочной головки и содержат около 10 миллиграммы топлива.

Для сжатия и нагрева топлива энергия передается во внешний слой мишени с помощью высокоэнергетических лучей лазерного излучения. электроны или же ионы, хотя по разным причинам почти все устройства ICF по состоянию на 2015 г. использовали лазеры. Нагретый внешний слой взрывается наружу, создавая силу реакции против остальной части цели, ускоряя ее внутрь и сжимая цель. Этот процесс предназначен для создания ударные волны которые проходят внутрь через цель. Достаточно мощный набор ударных волн может сжать и нагреть топливо в центре настолько, что возникнут реакции синтеза.

ICF - одна из двух основных областей исследований термоядерной энергии, вторая - термоядерный синтез с магнитным удержанием. Когда он был впервые предложен в начале 1970-х, ICF казался 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 достигала зажигание будет непросто. 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 воспламенения.

Самый крупный оперативный эксперимент ICF - это Национальный центр зажигания (NIF) в США, разработанная с использованием многолетнего опыта более ранних экспериментов. Однако, как и в предыдущих экспериментах, NIF не смог достичь воспламенения и по состоянию на 2015 год генерирует около1⁄3 требуемых уровней энергии.[1]

Описание

Базовый фьюжн

Основная статья: Термоядерная реакция
В лазере с непрямым приводом ICF используется Hohlraum который облучается конусами лазерного луча с обеих сторон на его внутренней поверхности, чтобы омыть термоядерную микрокапсулу внутри гладкими рентгеновскими лучами высокой интенсивности. Рентгеновские лучи с самой высокой энергией просачиваются через хольраум, представленный здесь оранжевым / красным.

Реакции синтеза объединяют более легкие атомы, такие как водород вместе, чтобы сформировать более крупные. Обычно реакции происходят при таких высоких температурах, что атомы ионизированный, их электроны снято жарой; таким образом, синтез обычно описывается в терминах «ядер», а не «атомов».

Ядра заряжены положительно и поэтому отталкиваются друг от друга из-за электростатическая сила. Преодоление этого отталкивания требует значительных затрат энергии, известной как Кулоновский барьер или же энергия барьера синтеза. Как правило, для слияния более легких ядер требуется меньше энергии, поскольку они имеют меньший заряд и, следовательно, более низкую энергию барьера, а когда они сливаются, выделяется больше энергии. По мере увеличения массы ядер наступает момент, когда реакция больше не выделяет чистую энергию - энергия, необходимая для преодоления энергетического барьера, больше, чем энергия, выделяемая в результате реакции синтеза.

Лучшее топливо с точки зрения энергетики - это индивидуальное сочетание дейтерий и тритий; оба тяжелые изотопы водорода. Смесь D-T (дейтерий и тритий) имеет низкий барьер из-за высокого отношения нейтронов к протонам. Наличие нейтрального нейтроны в ядрах помогает сблизить их через ядерная сила, в то время как присутствие положительно заряженных протонов раздвигает ядра за счет электростатической силы. Тритий имеет одно из самых высоких отношений нейтронов к протонам среди любого стабильного или умеренно нестабильного нуклида - два нейтрона и один протон. Добавление протонов или удаление нейтронов увеличивает энергетический барьер.

Смесь D-T в стандартные условия не подвергается расплавлению; 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 за счет нагрева топлива до десятков миллионов градусов или его сжатия до огромных давлений. Температура и давление, необходимые для плавления любого конкретного топлива, известны как Критерий Лоусона. Эти условия известны с 1950-х годов, когда первые Водородные бомбы были построены. Выполнить критерий Лоусона на Земле чрезвычайно сложно, что объясняет, почему исследованиям термоядерного синтеза потребовалось много лет, чтобы достичь нынешнего высокого уровня технического мастерства.[3]

Механизм действия МКФ

В водородной бомбе термоядерное топливо сжимается и нагревается отдельной бомбой деления (см. Дизайн 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.

Требование бомбы деления делает этот метод непрактичным для выработки электроэнергии. Мало того, что триггеры были бы чрезмерно дорогими в производстве, но также существует минимальный размер, который может быть построен, такая бомба примерно определяется критическая масса из плутоний используется топливо. Как правило, создание ядерных устройств мощностью менее 1 килотонны кажется трудным, и вторичный термоядерный реактор мог бы добавить к этому. Это усложняет инженерную задачу извлечения энергии из полученных взрывов; то Проект PACER изучает решения инженерных вопросов, но также демонстрирует, что стоимость просто нецелесообразна с экономической точки зрения.

Один из участников PACER, Джон Наколлс, начали 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 миллиграмма, количество энергии, необходимое для ее искры, падает до мегаджоулей. Это было намного меньше того, что требовалось для бомбы, где первичная обмотка находилась в диапазоне тераджоулей, что эквивалентно примерно 0,24 кТ тротила.

Это было бы экономически невыполнимо, такое устройство стоило бы больше, чем стоимость производимой им электроэнергии. Однако существовало множество других устройств, которые могли бы неоднократно обеспечивать такой уровень энергии. Это привело к идее использования устройства, которое будет «передавать» энергию термоядерному топливу, обеспечивая механическое разделение. К середине 1960-х годов оказалось, что лазер будет развиваться до точки, в которой будут доступны требуемые уровни энергии.

Обычно в системах ICF используется один лазер, Водитель, луч которого разделяется 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, точно так же, как это делают внешние слои топливного цилиндра водородной бомбы при освещении рентгеновскими лучами устройства деления.

Материал, отрывающийся от поверхности, заставляет оставшийся внутри материал с большой силой выталкиваться внутрь, в конечном итоге превращаясь в крошечный шар, почти сферический. В современных устройствах ICF плотность образующейся топливной смеси в 100 раз превышает плотность свинца, около 1000 г / см3.3. Эта плотность недостаточно высока, чтобы самостоятельно создать какую-либо полезную скорость плавления. Однако во время обвала топлива ударные волны также формируются и перемещаются в центр топлива на высокой скорости. 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 выделять значительные количества высокоэнергетических альфа-частицы. 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 с высокой энергией. Этот процесс распространяется наружу от центра, вызывая своего рода самоподдерживающийся ожог, известный как зажигание.

Схема этапов термоядерного синтеза с инерционным удержанием с использованием лазеров. Синие стрелки обозначают излучение; оранжевый - сочный; фиолетовый - переносимая внутрь тепловая энергия.
  1. Лазерные лучи или рентгеновские лучи, произведенные лазером, быстро нагревают поверхность термоядерной мишени, образуя окружающую плазменную оболочку.
  2. Топливо сжимается за счет ракетного сдувания горячего материала поверхности.
  3. Во время заключительной части взрыва капсулы плотность топлива в активной зоне в 20 раз превышает плотность свинца, и он воспламеняется при температуре 100000000 ˚C.
  4. Термоядерный ожог быстро распространяется через сжатое топливо, выделяя во много раз больше энергии.

Проблемы с успешным достижением

Основные проблемы с повышением производительности ИТС 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 охладить топливо гидродинамический нестабильности и формирование «плотного» схождения ударных волн в центре сжатого топлива.

Чтобы сфокусировать ударную волну в центре цели, цель должна быть сделана с очень высокой точностью и сферичность с аберрациями не более нескольких микрометров по его поверхности (внутренней и внешней). Точно так же наведение лазерных лучей должно быть очень точным, и лучи должны приходить в одно и то же время во все точки на цели. Тем не менее, синхронизация луча - относительно простая проблема, которая решается с помощью линии задержки на оптическом пути лучей для достижения пикосекунда уровни точности синхронизации. Другой серьезной проблемой, мешающей 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 «горячие точки» в пределах диаметра луча, поражающие цель, что вызывает неравномерное сжатие на поверхности цели, тем самым формируя Неустойчивости Рэлея-Тейлора[4] в топливе, преждевременно смешивая его и снижая эффективность нагрева во время максимального сжатия. В Неустойчивость Рихтмайера-Мешкова также образуется в процессе за счет образования ударных волн.

Мишень для термоядерного синтеза с инерционным ограничением, представляющая собой заполненную пеной цилиндрическую мишень с механически обработанными возмущениями, сжимается лазером Nova Laser. Этот снимок был сделан в 1995 году. Изображение показывает сжатие цели, а также рост неустойчивостей Рэлея-Тейлора.[5]

Все эти проблемы были существенно смягчены в разной степени за последние два десятилетия исследований за счет использования различных методов сглаживания пучка и диагностики энергии пучка для балансировки энергии пучка и пучка; однако нестабильность RT остается серьезной проблемой. Конструкция мишени также значительно улучшилась за эти годы. Современное криогенный водородные ледяные мишени имеют тенденцию замораживать тонкий слой дейтерия внутри пластиковой сферы, облукая ее с малой мощностью ИК лазером, чтобы сгладить его внутреннюю поверхность, наблюдая за ней с помощью микроскоп оборудованный камера, тем самым позволяя тщательно контролировать слой, обеспечивая его «гладкость».[6] Криогенные мишени, заполненные смесью дейтерия и трития (D-T), «самосглаживаются» из-за небольшого количества тепла, создаваемого распадом радиоактивного изотопа трития. Это часто называют "бета -расслоение ».[7]

Макет позолоченный Национальный центр зажигания (NIF) hohlraum.
Инерционное удержание слияние топливная микрокапсула (иногда называемая «микрошариком») размером, используемым в NIF, которая может быть заполнена газообразным дейтерием и тритием или льдом DT. Капсула может быть вставлена ​​в хольраум (как указано выше) и взорвана в непрямой привод режим или облучение непосредственно лазерной энергией в прямой привод конфигурация. Микрокапсулы, используемые в предыдущих лазерных системах, были значительно меньше из-за менее мощного излучения, которое более ранние лазеры могли доставить к цели.

Некоторые цели окружены маленьким металлическим цилиндром, который облучается лазерными лучами вместо самой цели. Такой подход известен как "непрямой привод".[8] При таком подходе лазеры фокусируются на внутренней стороне цилиндра, нагревая его до сверхгорячего плазма который излучается в основном в Рентгеновские лучи. 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 Hohlraums или «камеры сгорания» также потребляют значительную энергию для собственного нагрева, что значительно снижает общую эффективность передачи энергии от лазера к мишени. Таким образом, они обсуждаются даже сегодня; столь же многочисленные "прямой привод"дизайн не использует их. Чаще всего для моделирования термоядерное оружие испытания в связи с тем, что термоядерное топливо в них также взрывается в основном под действием рентгеновского излучения.

Изучаются различные драйверы ICF. Лазеры значительно улучшились с 1970-х годов, увеличивая энергию и мощность от нескольких джоули и киловатты в мегаджоули (см. НИФ лазер) и сотни тераватт, используя в основном частота двойного или тройного света из неодимовое стекло усилители.

Пучки тяжелых ионов особенно интересны для коммерческой генерации, 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 ионный пучок больше энергии взрывающейся цели.

Смотрите также: Взрывная линза

История

Смотрите также: Хронология ядерного синтеза

Первое зачатие

В США

История термоядерного синтеза с инерционным удержанием восходит к конференции «Атом для мира», состоявшейся в 1957 году в Женеве. Это была большая 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.[9]

Эта встреча привела к Операция орала усилия, получившие это название в 1961 году. В рамках Plowshare были изучены три основных концепции; производство энергии под Проект PACER, использование крупных ядерных взрывов для земляных работ и как своего рода ядерный гидроразрыв в газовой промышленности. PACER был непосредственно испытан в декабре 1961 года, когда двигатель мощностью 3 уз Проект Гном Устройство было установлено в пластовой 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 неудачи 1962-х годов. Седан который выпустил огромное количество выпадать. 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.[10]

Еще одним итогом конференции «Атом для мира» стало то, что Джон Наколлс чтобы начать размышлять о том, что происходит на термоядерной стороне бомбы. Термоядерная бомба состоит из двух частей: «первичной» на основе деления и «вторичной» на основе термоядерного синтеза. Когда первичный элемент взрывается, он испускает рентгеновские лучи, которые взрывают вторичный. Самая ранняя работа Наколла касалась исследования того, насколько маленьким может быть вторичный элемент, при этом сохраняя большой "прирост «для обеспечения выхода чистой 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 первичного деления.[9] Он предложил создать, по сути, крошечную термоядерную взрывчатку, используя крошечную каплю топлива D-T, подвешенную в центре металлической оболочки, ныне известной как хольраум. Оболочка обеспечивала тот же эффект, что и кожух бомбы в водородной бомбе, 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 подаваться неопознанным импульсным источником энергии, который он назвал, используя терминологию бомбы, «первичным».[11]

Основное преимущество этой схемы - эффективность процесса плавления при высоких плотностях. Согласно критерию Лоусона, количество энергии, необходимое для нагрева топлива D-T до безубыточного состояния при атмосферном давлении, возможно, в 100 раз больше, чем энергия, необходимая для его сжатия до давления, обеспечивающего ту же скорость плавления. Таким образом, теоретически подход ICF был бы значительно более эффективным с точки зрения выгоды.[11] Это можно понять, рассматривая потери энергии в обычном сценарии, когда топливо медленно нагревается, как в случае энергия 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.[12]

В Германии

Примерно в то же время (в 1956 году) пионер термоядерного синтеза организовал встречу в Институте Макса Планка в Германии. Карл Фридрих фон Вайцзеккер. На этой встрече Фридвардт Винтерберг предложил воспламенение термоядерного микровзрыва без деления сходящейся ударной волной, возбуждаемой бризантными взрывчатыми веществами.[13] Дальнейшая ссылка на работу Винтерберга в Германии по ядерным микровзрывам (мининукам) содержится в рассекреченном отчете бывшей Восточной Германии. Штази (Staatsicherheitsdienst).[14]

В 1964 году Винтерберг предположил, что воспламенение может быть достигнуто за счет интенсивного пучка микрочастиц, ускоренных до скорости 1000 км / с.[15] А в 1968 году он предложил использовать интенсивные электронные и ионные пучки, генерируемые Генераторы Маркса, с той же целью.[16] Преимущество этого предложения заключается в том, что генерация пучков заряженных частиц не только дешевле, чем генерация лазерных лучей, но также может улавливать заряженные продукты реакции синтеза из-за сильного собственного магнитного поля луча, что резко снижает требования к сжатию луча зажигались цилиндрические мишени.

В СССР

В 1967 г. научный сотрудник Гурген Аскарян опубликована статья с предложением использовать сфокусированный лазерный луч в термоядерном синтезе дейтерид лития или дейтерий.[17]

Раннее исследование

В конце 1950-х годов Наколлс и сотрудники Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора (LLNL) выполнила ряд компьютерных симуляций концепции ICF. В начале 1960 года это произвело полное моделирование взрыва 1 мг топлива D-T 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 множество возможных драйверов, включая импульсные силовые машины. , ускорители заряженных частиц, плазменные пушки и сверхскоростные пеллетные пушки.[18]

За год были сделаны два ключевых теоретических открытия. Новое моделирование учитывало синхронизацию энергии, передаваемой в импульсе, известную как «формирование импульса», что привело 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,[19] пятикратное улучшение. В течение следующих двух лет было предложено несколько других теоретических достижений, в частности Рэй Киддер разработка системы имплозии без хохлера, так называемый подход "прямого привода", и Стирлинг Колгейт и работа Рона Забавски над очень маленькими системами с использованием всего лишь 1 мкг топлива D-T.[20]

Введение лазера в 1960 г. Исследовательские лаборатории Хьюза в Калифорнии представили идеальный приводной механизм. С 1962 года директор Ливермора Джон С. Фостер младший и Эдвард Теллер начал небольшое лазерное исследование, 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.[21] В течение следующего десятилетия LLNL изготовила несколько небольших экспериментальных устройств для фундаментальных исследований взаимодействия лазера и плазмы.

Начало разработки

В 1967 г. Кип Сигель основал KMS Industries, используя выручку от продажи его доли в более ранней компании Conductron, пионере в голография. В начале 1970-х он сформировал KMS Fusion начать разработку лазерной системы ICF.[22] Это событие вызвало значительную оппозицию со стороны оружейных лабораторий, в том числе LLNL, которые выдвинули ряд причин, по которым KMS не должно быть позволено разрабатывать ICF публично. Эта оппозиция проходила через Комиссия по атомной энергии, которые требовали финансирования собственными усилиями. К фоновому шуму добавились слухи об агрессивной советской программе ICF, новой более мощной СО.2 и стеклянные лазеры, концепция драйвера электронного луча и Энергетический кризис 1970-х что придало импульс многим энергетическим проектам.[21]

В 1972 году Наколлс написал влиятельную общественную газету в Природа представляем ICF и предполагаем, что тестовые системы могут быть созданы для создания слияния с драйверами в диапазоне кДж и систем с высоким коэффициентом усиления с драйверами MJ.[23][24]

Несмотря на ограниченные ресурсы и многочисленные бизнес-проблемы, KMS Fusion успешно продемонстрировала слияние с процессом ICF 1 мая 1974 года.[25] Однако вскоре за этим успехом последовала смерть Сигела и конец слияния KMS примерно через год, когда компания управляла компанией по полису страхования жизни Сигеля.[22] К этому моменту несколько оружейных лабораторий и университетов начали свои собственные программы, особенно твердотельные лазеры (Nd: стеклянные лазеры ) в LLNL и Университет Рочестера, и фторид криптона эксимерные лазеры системы в Лос-Аламос и Лаборатория военно-морских исследований.

Хотя успех KMS привел к серьезным усилиям по развитию, последующие достижения были и остаются затрудненными из-за, казалось бы, неразрешимых проблем, которые характерны для исследований термоядерного синтеза в целом.

ICF высокой энергии

Эксперименты с высокоэнергетическим ICF (несколько сотен джоулей на выстрел и более крупные эксперименты) всерьез начались в начале 1970-х годов, когда были впервые разработаны лазеры необходимой энергии и мощности. Это было спустя некоторое время после успешного проектирования термоядерных систем с магнитным удержанием и примерно во время особенно успешной токамак дизайн, который был представлен в начале 70-х годов. Тем не менее, высокое финансирование исследований в области термоядерного синтеза стимулируется множеством энергетический кризис в период с середины до конца 1970-х годов был достигнут быстрый рост 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 Янус лазер начал работу в 1974 году и подтвердил подход к использованию лазеров на неодимовом стекле для создания устройств очень высокой мощности. Проблемы с фокусировкой были исследованы в Лазер с длинным лучом и Циклоп лазер, что привело к большему Лазер Аргус. Ни одно из них 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 энергии лазерного излучения на мишени, необходимой для воспламенения, почти ежегодно удваивались по мере того, как постепенно понимались различные нестабильности плазмы и режимы потерь энергии при взаимодействии 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 первых серьезных и масштабных попыток разработки драйвера ICF была разработка Шива лазер, 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 сжатия капсул термоядерного топлива до плотности жидкости, во много раз превышающей плотность водорода. 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. Неспособность Шивы эффективно нагреть сжатую плазму указывает на использование оптические умножители частоты как решение, которое утроило бы инфракрасный свет от лазера в ультрафиолет на 351 нм. Недавно обнаруженные схемы для эффективной частоты тройного лазерного излучения высокой интенсивности, обнаруженные в Лаборатория лазерной энергетики в 1980 г. позволил опробовать этот метод облучения мишени в 24-лучевом лазере OMEGA и NOVETTE лазер, за которым последовал Нова лазер конструкция, в 10 раз превышающая энергию 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 асимметричной имплозии. 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

Целевая камера Национального центра зажигания

В результате дизайн, теперь известный как Национальный центр зажигания, начал строительство на LLNL в 1997 году. Основной задачей NIF будет работа в качестве флагманского экспериментального устройства так называемого ядерная программа управления, поддерживая традиционную роль LLNL в изготовлении бомб. Завершено в марте 2009 г.,[26] В настоящее время NIF провела эксперименты с использованием всех 192 лучей, включая эксперименты, которые установили новые рекорды по мощности лазера.[27][28]Первые надежные попытки воспламенения были первоначально запланированы на 2010 год.[нужна цитата ] но по состоянию на 30 сентября 2012 г. зажигание не произошло.[29] Считается, что по состоянию на 7 октября 2013 года установка достигла важной вехи на пути к коммерциализации термоядерного синтеза, а именно, впервые топливная капсула выделяла больше энергии, чем было приложено к ней.[30] До соответствия критерию Лоусона еще далеко, но это большой шаг вперед.[31] В июне 2018 года NIF объявил о достижении рекордной выработки энергии термоядерного синтеза в 54 кДж.[32]

Быстрое зажигание

Более поздней разработкой является концепция "быстрое зажигание, "который может предложить способ прямого нагрева топлива с высокой плотностью после сжатия, таким образом разделяя фазы нагрева и сжатия имплозии. В этом подходе цель сначала сжимается" нормально "с помощью лазерной системы привода, 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, запуская 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 плотную сердцевину и нагревать ее, тогда как в методе конуса в оболочке капсула устанавливается на конце small high-z (высокий атомный номер ) конус так, чтобы его конец выступал в сердцевину 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 наличие конуса влияет на процесс имплозии значительным образом, что до конца не изучено. В настоящее время осуществляется несколько проектов по изучению подхода к быстрому зажиганию, включая модернизацию OMEGA лазер в Университете Рочестера ГЕККО XII устройство в Японии и совершенно новый объект стоимостью 500 миллионов фунтов стерлингов, известный как HiPER, предлагается к строительству в г. Евросоюз. 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

Лазерный мегаджоуль Первый экспериментальный рубеж французского проекта был достигнут в 2002 году, а первые стрельбы по мишеням были произведены в 2014 году.[33] По состоянию на 2016 год машина была готова примерно на 75%.

Использование совершенно другого подхода - это z-ущипнуть устройство. 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 капсулы с горючим. 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.[34][35]

Совсем недавно Винтерберг предложил зажигание микровзрыва дейтерия гигавольтным супер-генератором Маркса, который представляет собой генератор Маркса, приводимый в действие до 100 обычными генераторами Маркса.[36]

Как источник энергии

Практические электростанции, построенные с использованием ICF, изучаются с конца 1970-х годов, когда эксперименты ICF начали наращивать мощность до более высоких уровней; они известны как инерционная термоядерная энергия, или же IFE растения. 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 управлять обычным паровая турбина.

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 решения. Первоначально считалось, что лазерные системы 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 турбинных систем обычно составляет примерно 35%), выигрыш от термоядерного синтеза должен быть порядка 350 в энергетическом отношении. точка безубыточности. Казалось, что добиться такого рода успехов невозможно, и работа ICF была сосредоточена в первую очередь на исследованиях оружия.[нужна цитата ]

С недавним введением быстрого зажигания и аналогичных подходов все резко изменилось. При таком подходе прогнозируется усиление 100 в первом экспериментальном устройстве HiPER. При усилении около 100 и КПД лазера около 1% HiPER производит примерно такое же количество слияние энергия, поскольку для ее создания требовалась электрическая энергия. Также представляется, что повышение эффективности лазера на порядок может быть возможным за счет использования более новых конструкций, которые заменяют лампы-вспышки на лазерные диоды которые настроены на производство большей части своей энергии в частотном диапазоне, который сильно поглощается. Первоначальные экспериментальные устройства предлагают эффективность около 10%, и предполагается, что 20% - это реальная возможность при некоторых дополнительных разработках.

В «классических» устройствах, таких как NIF, для создания задающих лучей используется около 330 МДж электроэнергии, что дает ожидаемую мощность около 20 МДж с максимальной вероятной мощностью 45 МДж. Использование таких же чисел в реакторе, сочетающем быстрое зажигание с новыми лазерами, обеспечило бы значительно улучшенные характеристики. HiPER требует около 270 кДж энергии лазера, 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.[37] 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 из 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 нейтроны высвобождаемые в реакциях синтеза вступают в реакцию с растениями, в результате чего они сами становятся сильно радиоактивными, а также механически ослабляют металлы. Установки для плавления, построенные из обычных металлов, стали будет иметь довольно короткий срок службы, и защитные сосуды активной зоны придется часто заменять.

Одна текущая концепция решения обеих этих проблем, как показано на HYLIFE-II базовый дизайн, заключается в использовании "водопада" FLiBe, расплавленная смесь фторид соли литий и бериллий, которые защищают камеру от нейтронов и отводят тепло. Затем FLiBe передается в теплообменник где он нагревает воду для использования в турбинах.[38] Тритий, произведенный при делении ядер лития, также может быть извлечен для того, чтобы замкнуть термоядерный топливный цикл электростанции, что необходимо для непрерывной эксплуатации, поскольку тритий не существует в естественных количествах и должен производиться. Другая концепция, Сомбреро, использует реакционную камеру, построенную из Полимер, армированный углеродным волокном который имеет очень низкий нейтронный поперечное сечение. Охлаждение обеспечивается расплавленной керамикой, выбранной из-за ее способности останавливать нейтроны от дальнейшего движения, и в то же время она является эффективным теплоносителем.[39]

Имплозия термоядерного синтеза с инерционным удержанием в Новой, создавая условия "микросолнца" с чрезвычайно высокой плотностью и температурой, конкурирующими даже с теми, которые находятся в ядре нашего солнце.

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 производит 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 тарифы 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 сравнимой с уровнем инфляции, а уровень 2012 г. Онтарио, Канада составляла около 2,8 цента / кВтч.[40]

Таким образом, для того, чтобы установка IFE была экономически жизнеспособной, заправка топливом должна стоить значительно меньше десяти центов в долларах 2012 года. В то время, когда это возражение было впервые высказано, Наколлс предложил использовать капли жидкости, распыляемые в хольраум из устройства, похожего на глазную капельницу.[19] Учитывая постоянно растущие требования к более высокой однородности мишеней, этот подход кажется непрактичным, так как 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.

Системы с прямым приводом позволяют избежать использования хольраума и, таким образом, могут быть менее дорогими с точки зрения топлива. Однако для этих систем по-прежнему требуется аблятор, а точность и геометрические характеристики еще более важны. Они также гораздо 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 о том, 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 той же схеме:

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 в энергии.
Промышленная демонстрация
Проверка различных технических вариантов и всех данных, необходимых для определения коммерческого реактора.
Коммерческая демонстрация
Демонстрация работоспособности реактора в течение длительного периода времени с соблюдением всех требований безопасности, ответственности и стоимости.

На данный момент, по имеющимся данным,[41] 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 иметь возможность 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 охлаждаются, 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 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 Евросоюз продолжить развитие метода инерционного удержания с лазерным управлением. HiPER - это первый эксперимент, специально разработанный для изучения быстрое зажигание подход к созданию ядерного синтеза. Использование гораздо меньших по размеру лазеров, чем обычные конструкции, но при этом выходная мощность термоядерного синтеза примерно такой же величины обеспечила бы гораздо более высокую Q при снижении затрат на строительство примерно в десять раз. Теоретические исследования с момента разработки HiPER в начале 2000-х годов поставили под сомнение быстрое зажигание, но появился новый подход, известный как шоковое зажигание было предложено решить некоторые из этих проблем.[42][43][44] Япония разработала конструкцию термоядерного реактора KOYO-F и экспериментальный реактор лазерного инерционного термоядерного синтеза (LIFT).[45][46][47] В апреле 2017 г. Новости Bloomberg сообщили, что Майк Кэссиди, бывший вице-президент Google и директор Проект Loon с Google [x], запустила стартап в области экологически чистой энергии Apollo Fusion для разработки технологии гибридного термоядерного реактора деления.[48][49]

Программа ядерного оружия

Очень горячие и плотные условия, встречающиеся 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.[50][51] Финансирование NIF в Соединенных Штатах поступает из программы «Управление запасами ядерного оружия», и цели программы ориентированы соответственно.[52] Утверждалось, что некоторые аспекты исследований ICF могут нарушать Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний или Договор о нераспространении ядерного оружия.[53] В долгосрочной перспективе, несмотря на огромные технические препятствия, исследования ICF потенциально могут привести к созданию "оружие чистого синтеза ".[54]

Источник нейтронов

Термоядерный синтез с инерционным удержанием может произвести на порядки больше нейтронов, чем раскол. Нейтроны способны обнаруживать атомы водорода в молекулах, разрешать тепловое движение атомов и изучать коллективные возбуждения фотонов более эффективно, чем рентгеновские лучи. Рассеяние нейтронов исследования молекулярных структур могут решить проблемы, связанные с сворачивание белка, диффузия через мембраны, механизмы переноса протона, динамика молекулярные моторы и т. д. путем модуляции тепловые нейтроны в пучки медленных нейтронов.[55] В сочетании с делящимися материалами нейтроны, произведенные ICF, потенциально могут быть использованы в Гибридный ядерный синтез конструкции для производства электроэнергии.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Blackburn, T. G .; Ridgers, C.P .; Кирк, Дж. Г .; Белл, А. Р. (7 января 2014 г.). «Квантовая радиационная реакция при столкновениях лазерного пучка и электронного пучка». Письма с физическими проверками. 112 (1): 055001. arXiv:1503.01009. Bibcode:2014ПхРвЛ.112а5001Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.112.015001. PMID  24483905.
  2. ^ «FusEdWeb | Fusion Education». Fusedweb.llnl.gov. Архивировано из оригинал на 2013-05-10. Получено 2013-10-11.
  3. ^ Хоффман, Марк (23 марта 2013 г.). "Что такое критерии Лоусона или как сделать термоядерную энергию жизнеспособной". Scienceworldreport.com. Получено 2014-08-23.
  4. ^ Hayes, A.C .; Jungman, G .; Solem, J.C .; Брэдли, П. А .; Рундберг, Р. С. (2006). «Оперативная бета-спектроскопия как средство диагностики смеси в воспламененных капсулах NIF». Буквы A по современной физике. 21 (13): 1029. arXiv:физика / 0408057. Bibcode:2006MPLA ... 21.1029H. Дои:10.1142 / S0217732306020317.
  5. ^ Hsing, Warren W .; Хоффман, Нельсон М. (май 1997 г.). "Измерение прохождения и роста нестабильности в радиационно-управляемых цилиндрических взрывах". Письма с физическими проверками. 78 (20): 3876–3879. Дои:10.1103 / PhysRevLett.78.3876.
  6. ^ Деятельность в рамках программы термоядерного синтеза с инерционным удержанием, апрель 2002 г. В архиве 11 мая 2009 г. Wayback Machine
  7. ^ Деятельность в рамках программы термоядерного синтеза с инерционным удержанием, март 2006 г. В архиве 11 мая 2009 г. Wayback Machine
  8. ^ 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, получено 23 августа, 2014
  9. ^ а б Nuckolls 1998, п. 1.
  10. ^ Ф.А. Лонг, «Мирные ядерные взрывы», Бюллетень ученых-атомщиков, Октябрь 1976 г., стр. 24-25.
  11. ^ а б Nuckolls 1998, п. 2.
  12. ^ Nuckolls 1998, п. 3.
  13. ^ Архив библиотеки Штутгартского университета, Konvolut 7, поместье профессора доктора Хеккера, 1956 фон Вайцзеккер, встреча в Геттингене
  14. ^ 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
  15. ^ Ф. Винтерберг, З. ф. Naturforsch. 19а, 231 (1964)
  16. ^ Винтерберг Ф., Phys. 174, 212 (1968).
  17. ^ Гурген Аскарян (1967). Новые физические эффекты [Новые физические эффекты]. Наука и Жизнь (на русском). 11: 105.
  18. ^ Nuckolls 1998, п. 4.
  19. ^ а б Nuckolls 1998, п. 5.
  20. ^ Nuckolls 1998, стр. 4-5.
  21. ^ а б Nuckolls 1998, п. 6.
  22. ^ а б Шон Джонстон, "Интервью с доктором Ларри Зибертом", Американский институт физики, 4 сентября 2004 г.
  23. ^ Наколлс, Джон; Вуд, Лоуэлл; Тиссен, Альберт; Циммерман, Джордж (1972), "Лазерное сжатие вещества до сверхвысокой плотности: термоядерные (CTR) приложения", Природа, 239 (5368): 139–142, Bibcode:1972Натура 239..139Н, Дои:10.1038 / 239139a0
  24. ^ Линдл, Дж. Д. (1993), «Лекция, посвященная медали Эдварда Теллера: эволюция в сторону непрямого привода и два десятилетия прогресса в направлении воспламенения и горения ICF», Международный семинар по лазерному взаимодействию и связанным с ним плазменным явлениям (PDF), Управление научно-технической информации (OSTI) Министерства энергетики (DOE), получено 23 августа, 2014
  25. ^ Вятт, Филип (декабрь 2009 г.). "Задняя страница". Aps.org. Получено 2014-08-23.
  26. ^ Хиршфельд, Боб (31 марта 2009 г.). «Министерство энергетики объявляет о завершении строительства самого большого в мире лазера». Publicaffairs.llnl.gov. Архивировано из оригинал 27 мая 2010 г.. Получено 2014-08-23.
  27. ^ Джейсон Палмер (28 января 2010 г.). «Результаты испытаний лазерного термоядерного синтеза вселяют надежды в энергетике». Новости BBC. Получено 2010-01-28.
  28. ^ «Первоначальные эксперименты NIF соответствуют требованиям для зажигания плавлением». Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора. 2010-01-28. Архивировано из оригинал на 2010-05-27. Получено 2010-01-28.
  29. ^ Уильям Дж. Броуд. «Пока безрезультатный, проект Fusion столкнулся с экономным конгрессом».
  30. ^ Филип Болл (12 февраля 2014 г.). «Лазерный термоядерный эксперимент извлекает чистую энергию из топлива». Природа: 12–27. Дои:10.1038 / природа.2014.14710. Получено 2014-02-13.
  31. ^ «Веху ядерного синтеза прошли в лаборатории США». Новости BBC. 7 октября 2013 г.. Получено 8 октября 2013. реакция синтеза превысила количество энергии, поглощаемой топливом
  32. ^ «NIF достигает рекордной производительности двойной плавки». Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора. 2018-06-13. Получено 2019-11-11.
  33. ^ http://www-lmj.cea.fr/fr/lmj/index.htm
  34. ^ Z-Pinch Power Plant - система с импульсным приводом для термоядерной энергии В архиве 17 января 2009 г. Wayback Machine
  35. ^ Грабовский, Е. В. (2002). Fast Z - Pinch Study 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. Дои:10.1063/1.1531270.
  36. ^ Винтерберг, Фридвардт (2008-12-01). «Зажигание микродетонации дейтерия гигавольтным генератором супермаркса». arXiv:0812.0394 [Physics.gen-ph ].
  37. ^ Данн, Майк (2006), «HiPER: установка для лазерного синтеза для Европы», Мастерская быстрого зажигания (PDF), Центральная лазерная лаборатория, Лаборатория Резерфорда Эпплтона, получено 23 августа, 2014
  38. ^ 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", Летнее исследование Fusion 1999 (PDF), Колумбийский университет, получено 23 августа, 2014
  39. ^ Святославский, И.Н .; Sawan, M.E .; Peterson, R.R .; Кульчинский, Г.Л .; MacFarlane, J.J .; Wittenberg, L.J .; Mogahed, E.A .; Rutledge, S.C .; Ghose, S .; Бурк, Р. (1991), "SOMBRERO - Твердый реактор-размножитель с движущимся слоем KrF, управляемый лазером IFE", 14-й симпозиум IEEE / NPSS по термоядерной инженерии (PDF), Институт технологии синтеза, Висконсинский университет, получено 23 августа, 2014
  40. ^ "IESO Power Data". Ieso.ca. Архивировано из оригинал на 2014-10-02. Получено 2014-08-23.
  41. ^ Эта глава основана на данных, доступных в июне 2006 г., когда лазеры Laser Megajoule и NIF еще не были полностью введены в эксплуатацию.
  42. ^ Perkins, L.J .; Betti, R .; LaFortune, K. N .; Уильямс, В. Х. (2009). «Ударное зажигание: новый подход к термоядерному синтезу с высоким коэффициентом усиления инерционного удержания на национальной установке зажигания» (PDF). Письма с физическими проверками. 103 (4): 045004. Bibcode:2009ПхРвЛ.103д5004П. Дои:10.1103 / PhysRevLett.103.045004. PMID  19659364.
  43. ^ Команда проекта HiPER (1 декабря 2013 г.). Отчет о завершении подготовительного этапа HiPER (PDF) (Отчет). Получено 1 мая 2017.
  44. ^ Ribeyre, X .; Schurtz, G .; Lafon, M .; Galera, S .; Вебер, С. (2009). «Шоковое зажигание: альтернативная схема для HiPER». Физика плазмы и управляемый синтез. 51 (1): 015013. Bibcode:2009PPCF ... 51a5013R. Дои:10.1088/0741-3335/51/1/015013. ISSN  0741-3335.
  45. ^ 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. Дои:10.1364 / CLEO_AT.2013.ATh4O.3. ISBN  978-1-55752-972-5.
  46. ^ Norimatsu, T .; Kawanaka, J .; Miyanaga, M .; Азечи, Х. (2007). «Концептуальный проект электростанции быстрого зажигания KOYO-F, управляемой охлаждаемым Yb: YAG керамическим лазером». Наука и технологии термоядерного синтеза. 52 (4): 893–900. Дои:10.13182 / fst52-893.
  47. ^ 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).
  48. ^ Стоун, Брэд (3 апреля 2017 г.). «Бывший вице-президент Google основал компанию, обещающую чистую и безопасную ядерную энергию». Bloomberg.com. Получено 2017-05-01.
  49. ^ Томпсон, Эйвери (3 апреля 2017 г.). "Может ли запуск атомной электростанции Googler дать толчок развитию ядерной энергетики?". Популярная механика. Получено 2017-05-01.
  50. ^ Ричард Гарвин, Контроль над вооружениями сегодня, 1997 г.
  51. ^ "Наука". Lasers.llnl.gov. Получено 2014-08-24.
  52. ^ "Управление запасами". Lasers.llnl.gov. Получено 2014-08-24.
  53. ^ Махиджани, Арджун; Зерриффи, Хишам (15.07.1998). «Опасный термоядерный квест». Ieer.org. Получено 2014-08-23.
  54. ^ Джонс и фон Хиппель, Наука и глобальная безопасность, 1998 г., том 7, стр. 129-150. В архиве 9 марта 2008 г. Wayback Machine
  55. ^ 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:2007Научный ... 315.1092Т. Дои:10.1126 / science.1127185. PMID  17322053.

Библиография

внешняя ссылка