Содержание
- 2. Лазерный термоядерный синтез Энергетический коэффициент усиления: Ec - энергия, выделившаяся в результате реакции синтеза Eн -
- 3. Лазерный термоядерный синтез Подходы к решению проблемы управляемого термоядерного синтеза Удержание и термоизоляция горячей плазмы с
- 4. Лазерный термоядерный синтез Пороговая энергия лазера –минимальная энергия, при которой в результате термоядерной реакции выделяется такое
- 5. Лазерный термоядерный синтез Физические процессы, приводящие к большим температурам и плотностям 1. При облучении мишени излучением
- 6. Лазерный термоядерный синтез Уменьшение доли поглощенного излучения Процессы рассеяния излучения на плазменной короне Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна Вынужденное
- 7. Лазерный термоядерный синтез Трудности достижения необходимых величин КПД 1. Большая доля поглощенной энергии приводит к возникновению
- 8. Лазерный термоядерный синтез Схема прямого нагрева с одной оболочкой Используется мишень, выполненная в виде одной сферической
- 9. Лазерный термоядерный синтез Схема непрямого сжатия мишени Излучение лазера фокусируется на внутренней поверхности внешней оболочки, для
- 11. Скачать презентацию
Лазерный термоядерный синтез
Энергетический коэффициент усиления:
Ec - энергия, выделившаяся в результате
Лазерный термоядерный синтез
Энергетический коэффициент усиления:
Ec - энергия, выделившаяся в результате
Eн - энергия, затраченная на нагрев вещества до нужной температуры
Для того, чтобы величина Q сравнялась с единицей, необходимо выполнение
критерия Лоусона:
N – концентрация дейтериево-тритиевой смеси
τ – время эффективного протекания термоядерной реакции
Количественные оценки параметров, которые должны быть обеспечены
для реализации управляемого термоядерного синтеза
Лазерный термоядерный синтез
Подходы к решению проблемы управляемого термоядерного синтеза
Удержание и
Лазерный термоядерный синтез
Подходы к решению проблемы управляемого термоядерного синтеза
Удержание и
плазмы с концентрацией дейтерия и
трития порядка 1014-1015 см-3 в
магнитном поле
Термоядерные реакции в этом случае
должны протекать в режиме медленного
горения с характерными временами
τ = 1-10 c
Трудности связаны с гидродинамической
неустойчивостью различных равновесных
плазменных конфигураций и аномальной
диффузией плазмы в магнитном поле
Импульсное воздействие на вещество, при
котором за короткое время в малом объеме
вещества создаются очень высокие
плотности
Термоядерная реакция протекает в
виде взрыва умеренной мощности
Этот подход лежит в основе лазерного
термоядерного синтеза
Лазерный термоядерный синтез
Пороговая энергия лазера –минимальная энергия, при которой в результате
Лазерный термоядерный синтез
Пороговая энергия лазера –минимальная энергия, при которой в результате
термоядерной реакции выделяется такое же количество энергии
Для достижения порога в случае облучения мишени, состоящей из равных
количеств дейтерия и трития, необходимо обеспечить 108 Дж в импульсе
Лазерное излучение можно использовать не только для нагрева мишени, но
и для ее сжатия до больших плотностей, превышающих на 4 порядка
плотности твердого тела в нормальном состоянии
Необходимо воздействовать на сферическую мишень одновременно и
симметрично в разных направлениях излучением лазера
Пороговая энергия импульса лазера может быть уменьшена до 104 Дж в
импульсе при его длительности в доли наносекунды
Требуются источники с мощностями 1013-1014 Вт в импульсе
длительностью 10-10 с
Лазерный термоядерный синтез
Физические процессы, приводящие к большим температурам и плотностям
1.
Лазерный термоядерный синтез
Физические процессы, приводящие к большим температурам и плотностям
1.
плазменная корона с температурой в несколько кэВ
2. Корона разлетается навстречу лазерному лучу со скоростями до 107-108 см/с
3. Излучение проникает вглубь мишени до толщины, соответствующей
критической электронной плотности nс, которая обратно пропорциональна
квадрату длины волны излучения и далее интенсивно поглощается
4. Часть излучения испытывает отражение и затем поглощается плазмой в
результате обратного тормозного поглощения электронами плазмы
5. Вблизи критической плотности начинают развиваться процессы,
приводящие к развитию в плазме параметрических неустойчивостей,
которые могут как увеличивать, так и уменьшать долю поглощенного
излучения
Лазерный термоядерный синтез
Уменьшение доли поглощенного излучения
Процессы рассеяния излучения на плазменной короне
Рассеяние
Лазерный термоядерный синтез
Уменьшение доли поглощенного излучения
Процессы рассеяния излучения на плазменной короне
Рассеяние
Мандельштама-Бриллюэна
Вынужденное комбинационное
рассеяние
В результате процесса теплопроводности энергия поглощенного плазмой
излучения передается в более плотные слои мишени
Заметная доля энергии поглощенного плазмой излучения передается в
кинетическую энергию вещества, которое устремляется к центру мишени,
сжимая и разогревая дейтериево-тритиевую смесь
Гидродинамический КПД – отношение доли энергии лазерного излучения,
идущей на разогрев и сжатие плазмы, к полной энергии лазерного излучения
Для ЛТС КПД должен быть 15-20%
Лазерный термоядерный синтез
Трудности достижения необходимых величин КПД
1. Большая доля поглощенной
Лазерный термоядерный синтез
Трудности достижения необходимых величин КПД
1. Большая доля поглощенной
надтепловых электронов, температура которых существенно превышает
температуру плазменной короны
Надтепловые электроны прогревают мишень еще до прохождения волны
сжатия, и в результате величины предельно возможных сжатий
оказываются недостижимыми
2. В мишени могут развиваться гидродинамические неустойчивости,
которые возникают из-за неидеальности сферической поверхности мишени
и неоднородного распределения интенсивности лазерного излучения
на ее поверхности.
Неустойчивости приводит к отклонению в движении мишени по мере
ее сжатия от центрально-симметричного, в результате чего в итоге форма
сжатой мишени будет далека от идеальной сферической, а температура
и плотность будут существенно меньше расчетных
Лазерный термоядерный синтез
Схема прямого нагрева с одной оболочкой
Используется мишень, выполненная
Лазерный термоядерный синтез
Схема прямого нагрева с одной оболочкой
Используется мишень, выполненная
внутри которой содержится дейтериево-тритиевое топливо
Необходимая степень сжатия мишени может быт достигнута при
отношении радиуса оболочки к ее толщине в несколько десятков
Использование такой схемы приводит к большим
гидродинамическим неустойчивостям
Схема прямого нагрева с многослойными оболочками
Внутренняя оболочка из тяжелого метериала окружена внешней
оболочкой из более легкого материала
Гидродинамические неустойчивости становятся существенно меньшими
Возникают неустойчивости, обусловленные большими градиентами
плотностей при сжатии мишени и перемешивании материалов оболочек
Лазерный термоядерный синтез
Схема непрямого сжатия мишени
Излучение лазера фокусируется на внутренней
Лазерный термоядерный синтез
Схема непрямого сжатия мишени
Излучение лазера фокусируется на внутренней
оболочки, для чего специальным образом заводится в
соответствующую полость
Более 80% энергии лазерного излучения при взаимодействии с материалом
внешней оболочки преобразуется в энергию мягкого рентгеновского
излучения, которое нагревает и сжимает внутреннюю оболочку
Более однородное сжатие мишени
Проблемы связаны со сложностями равномерного облучения внешней
оболочки и с потерями энергии на возникновение
рентгеновского излучения