stringtranslate.com

Инерционный термоядерный синтез

В конце 1970-х и начале 1980-х годов термоядерный синтез с инерционным удержанием с использованием лазеров быстро развивался: от возможности передавать всего несколько джоулей лазерной энергии (за импульс) до возможности доставлять к цели десятки килоджоулей. На тот момент для экспериментов требовались очень большие научные устройства. Здесь вид на 10-лучевой лазер LLNL Nova , показанный вскоре после завершения строительства лазера в 1984 году. Примерно во время создания его предшественника, лазера Шива , лазерный синтез вошел в сферу « большой науки ».

Термоядерный синтез с инерционным удержанием ( ICF ) — это термоядерный энергетический процесс, который инициирует реакции ядерного синтеза путем сжатия и нагревания мишеней, наполненных топливом. Мишенью являются небольшие гранулы, обычно содержащие дейтерий ( 2 H) и тритий ( ​​3 H).

Энергия накапливается во внешнем слое цели, который взрывается наружу. Это создает силу реакции в виде ударных волн , которые проходят через цель. Волны сжимают и нагревают его. Достаточно мощные ударные волны порождают термоядерный синтез.

ICF - одно из двух основных направлений исследований в области термоядерной энергии; другой - термоядерный синтез с магнитным удержанием (MCF). Впервые предложенный в начале 1970-х годов, ICF оказался практическим подходом к производству электроэнергии, и эта область процветала. Эксперименты показали, что эффективность этих устройств оказалась значительно ниже ожидаемой. На протяжении 1980-х и 90-х годов проводились эксперименты, чтобы понять взаимодействие высокоинтенсивного лазерного света и плазмы . Это привело к созданию гораздо более крупных машин, которые обеспечивали энергию, вызывающую воспламенение.

Крупнейшим действующим экспериментом ICF является Национальный центр зажигания (NIF) в США. В 2022 году NIF осуществил термоядерный синтез, доставив к цели 2,05 мегаджоуля (МДж) энергии, которая произвела 3,15 МДж, впервые устройство ICF произвело больше энергии, чем было доставлено к цели. [1] [2]

Описание

Основы фьюжн

Реакции синтеза объединяют более мелкие атомы в более крупные. Это происходит, когда два атома (или иона, атомов, лишенных электронов) приближаются друг к другу настолько близко, что ядерная сила доминирует над электростатической силой , которая в противном случае удерживает их друг от друга. Преодоление электростатического отталкивания требует кинетической энергии , достаточной для преодоления кулоновского барьера или термоядерного барьера . [3]

Для слияния более легких ядер требуется меньше энергии, поскольку они имеют меньший электрический заряд и, следовательно, более низкую барьерную энергию. Таким образом, барьер является самым низким для водорода . И наоборот, ядерная сила увеличивается с увеличением количества нуклонов , поэтому изотопы водорода, содержащие дополнительные нейтроны, уменьшают требуемую энергию. Самым простым топливом является смесь 2 Н и 3 Н, известная как ДТ. [3]

Вероятность возникновения термоядерного синтеза зависит от плотности и температуры топлива, а также от продолжительности времени, в течение которого поддерживаются плотность и температура. Даже в идеальных условиях вероятность перегорания пары D и T очень мала. Более высокая плотность и более длительное время позволяют атомам чаще встречаться. Это сечение далее зависит от энергии отдельных ионов. Эта комбинация, тройной продукт синтеза , должна соответствовать критерию Лоусона , чтобы достичь воспламенения. [4]

Термоядерные устройства

Первыми устройствами ICF были водородные бомбы, изобретенные в начале 1950-х годов. Водородная бомба состоит из двух бомб в одном корпусе. Первая, основная ступень , представляет собой устройство с энергией деления, обычно использующее плутоний . Когда она взрывается, она испускает всплеск тепловых рентгеновских лучей, которые заполняют внутреннюю часть специально разработанного корпуса бомбы. Эти рентгеновские лучи поглощаются специальным материалом, окружающим вторую ступень , который состоит в основном из термоядерного топлива. Рентгеновские лучи нагревают этот материал и вызывают его взрыв. Согласно третьему закону Ньютона , топливо внутри движется внутрь, сжимая и нагревая его. Это приводит к тому, что термоядерное топливо достигает температуры и плотности, при которых начинаются реакции термоядерного синтеза. [5] [6]

В случае DT-топлива большая часть энергии выделяется в виде альфа-частиц и нейтронов. В нормальных условиях альфа может пройти через топливо около 10 мм, но в сверхплотных условиях в сжатом топливе они могут пройти около 0,01 мм, прежде чем их электрический заряд, взаимодействуя с окружающей плазмой, заставит их потерять скорость. [7] Это означает, что большая часть энергии, выделяемой альфами, переоткладывается в топливе. Эта передача кинетической энергии нагревает окружающие частицы до энергии, необходимой им для термоядерного синтеза. Этот процесс приводит к выгоранию термоядерного топлива наружу от центра. Электрически нейтральные нейтроны преодолевают большие расстояния в массе топлива и не способствуют этому процессу самонагревания. Вместо этого в бомбе они используются либо для образования трития посредством реакций в литий-дейтеридном топливе, либо для разделения дополнительного расщепляющегося топлива, окружающего вторичную ступень, часто являющегося частью корпуса бомбы. [5]

Требование, чтобы реакция была инициирована бомбой деления, делает этот метод непрактичным для производства электроэнергии. Мало того , что триггеры деления будут дороги в производстве, но и минимальный размер такой бомбы будет большим, примерно определяемым критической массой используемого плутониевого топлива. В целом кажется трудным создать эффективные устройства ядерного синтеза мощностью намного меньше 1 килотонны, и вторичная термоядерная обмотка увеличит эту мощность. Это затрудняет инженерную задачу по извлечению энергии из возникающих взрывов. Проект PACER изучал решения инженерных проблем [6] , но также продемонстрировал, что это экономически нецелесообразно. Стоимость бомб была намного выше, чем стоимость полученной электроэнергии. [8]

Механизм действия

Энергия , необходимая для преодоления кулоновского барьера, соответствует энергии средней частицы в газе, нагретом до 100 миллионов К. Удельная теплоемкость водорода составляет около 14 Джоулей на грамм-К, поэтому, учитывая топливную таблетку весом 1 миллиграмм, энергия, необходимая для поднятия массы в целом до этой температуры, составляет 1,4 мегаджоуля (МДж). [9]

В более широко разработанном подходе к энергии магнитного синтеза (MFE) время удержания составляет порядка одной секунды. Однако плазму можно поддерживать в течение нескольких минут. В этом случае время удержания представляет собой количество времени, необходимое для того, чтобы энергия реакции была потеряна в окружающую среду - посредством различных механизмов. Для односекундного ограничения плотность, необходимая для соответствия критерию Лоусона, составляет около 10 14 частиц на кубический сантиметр (см3). [9] Для сравнения, воздух на уровне моря содержит около 2,7 x 10 19 частиц/см3, поэтому подход MFE описывается как «хороший вакуум».

Учитывая 1 миллиграмм капли топлива DT в жидкой форме, размер составляет около 1 мм, а плотность около 4 х 10 20 /см3. Ничто не удерживает топливо вместе. Тепло, создаваемое в результате термоядерного синтеза, заставляет его расширяться со скоростью звука , что приводит к времени удержания около 2 x 10–10 секунд . При плотности жидкости необходимое время удержания составляет около 2 х 10 -7 с. В этом случае только около 0,1 процента топлива плавится до того, как капля разлетится. [10]

Скорость реакций синтеза зависит от плотности, а плотность можно повысить за счет сжатия. Если капля сжимается с диаметра 1 мм до 0,1 мм, время удержания уменьшается в те же 10 раз, поскольку частицам приходится преодолевать меньшее расстояние, прежде чем они улетят. Однако плотность, представляющая собой куб измерений, увеличивается в 1000 раз. Это означает, что общая скорость слияния увеличивается в 1000 раз, а степень удержания снижается в 10 раз, то есть в 100 раз. В этом случае плавится 10% топлива; 10% 1 мг топлива производят около 30 МДж энергии, что в 30 раз больше, чем необходимо для сжатия до такой плотности. [11]

Другая ключевая концепция ICF заключается в том, что не обязательно повышать температуру всей массы топлива до 100 миллионов К. В термоядерной бомбе реакция продолжается, потому что альфа-частицы, высвобождаемые внутри, нагревают топливо вокруг себя. При плотности жидкости альфы перемещаются примерно на 10 мм, и, таким образом, их энергия уходит из топлива. В сжатом топливе толщиной 0,1 мм альфа имеют радиус действия около 0,016 мм, что означает, что они останавливаются внутри топлива и нагревают его. В этом случае «распространяющийся ожог» может быть вызван нагревом до необходимой температуры только центра топлива. Это требует гораздо меньше энергии; расчеты показали, что 1 кДж достаточно для достижения цели сжатия. [12]

Необходим какой-то метод, чтобы нагреть внутреннюю часть до температур термоядерного синтеза, и сделать это, пока топливо сжимается и плотность достаточно высока. [12] В современных устройствах ICF плотность сжатой топливной смеси в тысячу раз превышает плотность воды или в сто раз плотность свинца, около 1000 г/см 3 . [13] Большая часть работы с 1970-х годов была посвящена способам создания центральной горячей точки, которая начинает горение, и решению многих практических проблем в достижении желаемой плотности.

Схема этапов инерционного термоядерного синтеза с использованием лазеров. Синие стрелки представляют радиацию; оранжевый – обдув; желтый — это тепловая энергия, передаваемая внутрь.
  1. Лазерные лучи или рентгеновские лучи, создаваемые 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 топливного ядра достигает 20-кратной плотности свинца и воспламеняется при температуре 100 000 000 °C.
  4. Термоядерный ожог быстро распространяется по сжатому топливу, выделяя во много раз больше входной энергии.

Концепции отопления

Ранние расчеты предполагали, что количество энергии, необходимое для воспламенения топлива, было очень небольшим, но это не соответствует последующему опыту.

Возгорание в горячей точке

График результатов НИФ с 2012 по 2022 год
График целевого прироста НИФ с 2012 по 2022 год в логарифмическом масштабе. Обратите внимание на 10-кратное увеличение прироста в 2021 году за счет достижения зажигания, за которым следует достижение целевого прироста, превышающего 1, в 2022 году.

Первоначальное решение проблемы отопления заключалось в целенаправленном «формировании» подачи энергии. Идея заключалась в том, чтобы использовать первоначальный импульс более низкой энергии, чтобы испарить капсулу и вызвать сжатие, а затем очень короткий и очень мощный импульс ближе к концу цикла сжатия. Цель состоит в том, чтобы запустить в сжатое топливо ударные волны , которые движутся внутрь, к центру. Достигнув центра, они встречают волны, приходящие с других сторон. Это вызывает короткий период, когда плотность в центре достигает гораздо более высоких значений, более 800 г/см 3 . [14]

Концепция воспламенения центральной горячей точки была первой, которая предположила, что ICF является не только практическим путем к термоядерному синтезу, но и относительно простым. Это привело к многочисленным попыткам создания работающих систем в начале 1970-х годов. Эти эксперименты выявили неожиданные механизмы потерь. Ранние расчеты предполагали,  что потребуется около 4,5x10 7 Дж/г, но современные расчеты приближают это значение к 10 8  Дж/г. Лучшее понимание привело к сложному формированию импульса в несколько временных интервалов. [15]

Быстрое зажигание

В подходе быстрого зажигания используется отдельный лазер для подачи дополнительной энергии непосредственно в центр топлива. Это можно сделать механически, часто используя небольшой металлический конус, чтобы проколоть внешнюю стенку топливной таблетки и направить энергию в центр. В испытаниях этот подход не удался [ нужна ссылка ] , поскольку лазерный импульс должен был достичь центра в определенный момент, в то время как центр закрывается мусором и свободными электронами из импульса сжатия. Он также имеет тот недостаток, что требует второго лазерного импульса, для которого обычно используется совершенно отдельный лазер.

Ударное зажигание

Ударное зажигание по своей концепции аналогично методу горячей точки, но вместо воспламенения за счет сжатия при нагреве в топливо позже посылается мощная ударная волна за счет сочетания сжатия и ударного нагрева. Это повышает эффективность процесса, одновременно снижая общее количество необходимой энергии.

Прямой и непрямой привод

Лазер с непрямым возбуждением ICF использует хольраум , который облучается конусами лазерного луча с обеих сторон на его внутренней поверхности, чтобы омыть термоядерную микрокапсулу внутри гладкими рентгеновскими лучами высокой интенсивности. Можно увидеть, как рентгеновские лучи самой высокой энергии просачиваются через хольраум, представленный здесь оранжевым/красным цветом.

В простейшем методе инерционного удержания топливо имеет форму сферы. Это позволяет сжимать его равномерно со всех сторон. Для создания направленной внутрь силы топливо помещается в тонкую капсулу, которая поглощает энергию направляющих лучей, заставляя оболочку капсулы взрываться наружу. Оболочка капсулы обычно изготавливается из легкого пластика, а топливо наносится слоем внутри путем впрыскивания и замораживания газообразного топлива в оболочку.

Направление лучей привода непосредственно на топливную капсулу называется «прямым приводом». Процесс имплозии должен быть предельно равномерным, чтобы избежать асимметрии из-за неустойчивости Рэлея-Тейлора и подобных эффектов. При энергии пучка 1 МДж топливная капсула не может быть больше примерно 2 мм, прежде чем эти эффекты нарушат симметрию имплозии. Это ограничивает размер лазерных лучей настолько узким диаметром, что его трудно достичь на практике.

В качестве альтернативы «косвенный привод» освещает небольшой цилиндр из тяжелого металла, часто золота или свинца , известный как хольраум . Энергия луча нагревает хольраум до тех пор, пока он не испускает рентгеновские лучи . Эти рентгеновские лучи заполняют внутреннюю часть хольраума и нагревают капсулу. Преимущество непрямого привода состоит в том, что лучи могут быть больше и менее точны. Недостаток заключается в том, что большая часть подаваемой энергии используется для нагрева хольраума до тех пор, пока он не станет «рентгеновским», поэтому сквозная энергоэффективность намного ниже, чем у метода прямого привода.

Проблемы

Макет позолоченного Национального центра зажигания (NIF) хольраум

Основными проблемами повышения эффективности ICF являются:

Чтобы сфокусировать ударную волну в центре мишени, мишень должна быть изготовлена ​​с большой точностью и сферичностью с допусками не более нескольких микрометров по ее (внутренней и внешней) поверхности. Лазеры должны быть точно нацелены в пространстве и времени. Синхронизация луча относительно проста и решается за счет использования линий задержки на оптическом пути луча для достижения пикосекундной точности.Другой серьезной проблемой является так называемый дисбаланс «луч-луч» и анизотропия луча . Эти проблемы, соответственно, заключаются в том, что энергия, передаваемая одним лучом, может быть выше или ниже, чем у других падающих лучей, а также в «горячих точках» в пределах диаметра луча, поражающих цель, что вызывает неравномерное сжатие на поверхности цели, тем самым образуя неустойчивости Рэлея-Тейлора. [16] в топливе, преждевременно перемешивая его и снижая эффективность нагрева в момент максимального сжатия. В процессе за счет ударных волн также формируется неустойчивость Рихтмайера-Мешкова .

Мишень термоядерного синтеза с инерционным удержанием, которая представляла собой заполненную пеной цилиндрическую мишень с механически обработанными возмущениями, сжимаемую лазером Nova. Этот снимок был сделан в 1995 году. На изображении видно сжатие мишени, а также рост неустойчивостей Рэлея-Тейлора. [17]

Эти проблемы были решены с помощью методов сглаживания луча и диагностики энергии луча; однако нестабильность RT остается серьезной проблемой. Современные мишени из криогенного водородного льда имеют тенденцию замораживать тонкий слой дейтерия внутри оболочки, облучая его инфракрасным лазером малой мощности, чтобы сгладить его внутреннюю поверхность, и контролировать его с помощью камеры, оснащенной микроскопом , что позволяет тщательно контролировать слой. . [18] Криогенные мишени, наполненные DT, являются «самосглаживающимися» из-за небольшого количества тепла, выделяемого при распаде трития. Это называется « бета -слоением». [19]

Микрокапсула термоядерного топлива с инерционным удержанием (иногда называемая «микробаллоном») того размера, который используется на NIF, которая может быть заполнена либо газообразным дейтерием и тритием, либо DT-льдом. Капсулу можно либо вставить в хольраум (как указано выше) и взорвать в режиме непрямого привода , либо облучить непосредственно лазерной энергией в конфигурации прямого привода . Микрокапсулы, используемые в предыдущих лазерных системах, были значительно меньше из-за менее мощного облучения, которое предыдущие лазеры могли доставить к цели.

В подходе с непрямым приводом [20] поглощение тепловых рентгеновских лучей мишенью более эффективно, чем прямое поглощение лазерного света. Однако хольраумы потребляют значительную энергию для нагрева, что значительно снижает эффективность передачи энергии. Чаще всего мишени Хольраума с непрямым приводом используются для имитации испытаний термоядерного оружия в связи с тем, что термоядерное топливо в оружии также взрывается в основном под действием рентгеновского излучения.

Драйверы ICF развиваются. Мощность лазеров увеличилась с нескольких джоулей и киловатт до мегаджоулей и сотен тераватт, используя в основном свет с удвоенной или утроенной частотой от усилителей из неодимового стекла . [ нужна цитата ]

Пучки тяжелых ионов особенно интересны для коммерческого производства, поскольку их легко создавать, контролировать и фокусировать. Однако трудно достичь плотности энергии, необходимой для эффективного взрыва мишени, и большинство ионно-лучевых систем требуют использования холраума, окружающего мишень, для сглаживания облучения. [ нужна цитата ]

История

Концепция

Соединенные Штаты

История ICF началась как часть конференции « Атом для мира » в 1957 году. Это была международная конференция между США и Советским Союзом , спонсируемая ООН . Были мысли использовать водородную бомбу для обогрева заполненной водой пещеры. Полученный пар затем можно было бы использовать для питания обычных генераторов и, таким образом, для производства электроэнергии. [6]

Эта встреча привела к операции «Орал» , сформированной в июне 1957 года и официально названной в 1961 году. Она включала три основные концепции; производство энергии в рамках проекта PACER, использование ядерных взрывов для раскопок и гидроразрыва в газовой промышленности. Непосредственные испытания PACER прошли в декабре 1961 года, когда 3-узловое устройство Project Gnome взорвалось в солевых слоях в Нью-Мексико. Пока пресса наблюдала, из буровой шахты на некотором расстоянии от испытательного полигона вышел радиоактивный пар. Дальнейшие исследования разработали искусственные полости для замены естественных, но Plowshare стал еще хуже, особенно после выхода из строя седана 1962 года , который привел к значительным последствиям . PACER продолжал получать финансирование до 1975 года, когда стороннее исследование показало, что стоимость электроэнергии от PACER будет в десять раз выше стоимости обычных атомных электростанций. [21]

Еще одним результатом проекта «Атомы для мира» было то, что Джон Наколлс побудил задуматься о том, что происходит на термоядерной стороне бомбы по мере уменьшения массы топлива. Эта работа показала, что при размерах порядка миллиграммов для воспламенения топлива потребуется мало энергии, намного меньше, чем в первичной обмотке деления. [6] По сути, он предложил создать крошечную термоядерную взрывчатку, используя крошечную каплю DT-топлива, подвешенную в центре хольраума. Оболочка обеспечивала тот же эффект, что и корпус водородной бомбы, улавливая рентгеновские лучи внутри для облучения топлива. Основное отличие состоит в том, что рентгеновские лучи будут поступать от внешнего устройства, которое нагревает оболочку снаружи до тех пор, пока она не начнет светиться в рентгеновской области. Электроэнергия будет передаваться с помощью тогда еще неопознанного импульсного источника энергии, который он, используя терминологию бомбы, называл «основным». [22]

Основным преимуществом этой схемы является эффективность термоядерного синтеза при высоких плотностях. Согласно критерию Лоусона, количество энергии, необходимое для нагрева DT-топлива до условий безубыточности при атмосферном давлении, возможно, в 100 раз больше, чем энергия, необходимая для его сжатия до давления, обеспечивающего ту же скорость синтеза. Таким образом, теоретически подход ICF может принести гораздо большую выгоду. [22] Это можно понять, рассмотрев потери энергии в обычном сценарии, когда топливо медленно нагревается, как в случае энергии магнитного синтеза ; Скорость потерь энергии в окружающую среду основана на разнице температур между топливом и окружающей средой, которая продолжает увеличиваться по мере повышения температуры топлива. В случае ICF весь хольраум заполнен высокотемпературным излучением, что ограничивает потери. [23]

Германия

В 1956 году пионер термоядерного синтеза Карл Фридрих фон Вайцзеккер организовал встречу в Институте Макса Планка в Германии . На этой встрече Фридвардт Винтерберг предложил неделящееся зажигание термоядерного микровзрыва сходящейся ударной волной, вызываемой бризантными взрывчатыми веществами. [24] Дальнейшие ссылки на работу Винтерберга в Германии по ядерным микровзрывам (мининукем) содержатся в рассекреченном отчете бывшей восточногерманской Штази (Staatsicherheitsdienst). [25]

В 1964 году Винтерберг предположил, что воспламенение может быть достигнуто интенсивным пучком микрочастиц, ускоренных до скорости 1000 км/с. [26] В 1968 году он предложил использовать для той же цели интенсивные электронные и ионные пучки, генерируемые генераторами Маркса . [27] Преимущество этого предложения заключается в том, что пучки заряженных частиц не только дешевле, чем лазерные лучи, но и могут захватывать заряженные продукты реакции синтеза из-за сильного собственного магнитного поля луча, что резко снижает требования к сжатию цилиндрических мишеней, зажигаемых лучом. .

СССР

В 1967 году научный сотрудник Гурген Аскарян опубликовал статью, в которой предлагал использовать сфокусированные лазерные лучи при синтезе дейтерида лития или дейтерия. [28]

Ранние исследования

В конце 1950-х годов сотрудники Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) завершили компьютерное моделирование концепции ICF. В начале 1960 года они выполнили полное моделирование взрыва 1 мг DT-топлива внутри плотной оболочки. Моделирование показало, что подача энергии в 5 МДж на хольраум приведет к выходу термоядерной энергии в 50 МДж, что означает выигрыш в 10 раз. Это было до того, как были рассмотрены лазер и множество других возможных драйверов, включая импульсные энергетические машины, ускорители заряженных частиц, плазменные пушки и сверхскоростные дробовые пушки. [29]

Два теоретических достижения продвинули эту область вперед. Один из них был получен в результате нового моделирования, в котором учитывалось время подачи энергии в импульсе, известное как «формирование импульса», что приводило к лучшему сжатию. Второй заключался в том, чтобы сделать оболочку намного больше и тоньше, образуя тонкую оболочку, а не почти сплошной шар. Эти два изменения резко увеличили эффективность имплозии и тем самым значительно снизили необходимую энергию сжатия. Используя эти улучшения, было подсчитано, что потребуется драйвер мощностью около 1 МДж, [30] пятикратное сокращение. В течение следующих двух лет были предложены и другие теоретические достижения, в частности, разработка Рэем Киддером имплозионной системы без холраума, так называемый подход «прямого привода», а также работа Стирлинга Колгейта и Рона Забавски над системами всего с 1 мкг ДТ топлива. [31]

Появление лазера в 1960 году в исследовательских лабораториях Хьюза в Калифорнии, казалось, представляло собой идеальный приводной механизм. Начиная с 1962 года директор Ливермора Джон С. Фостер-младший и Эдвард Теллер начали небольшое исследование лазера ICF. Даже на этом раннем этапе пригодность ICF для исследований в области вооружений была хорошо понята и была основной причиной его финансирования. [32] В течение следующего десятилетия LLNL производила небольшие экспериментальные устройства для фундаментальных исследований взаимодействия лазера и плазмы.

Начало разработки

В 1967 году Кип Сигел основал KMS Industries. В начале 1970-х годов он основал компанию KMS Fusion , чтобы начать разработку лазерной системы ICF. [33] Это событие вызвало значительную оппозицию со стороны оружейных лабораторий, в том числе LLNL, которые выдвинули ряд причин, по которым KMS не следует разрешать публично разрабатывать ICF. Эта оппозиция направлялась через Комиссию по атомной энергии , которая требовала финансирования. К этому фоновому шуму добавлялись слухи об агрессивной советской программе ICF, новых более мощных лазерах на углекислом газе и стекле, концепции драйвера электронного луча и энергетическом кризисе , который придал импульс многим энергетическим проектам. [32]

В 1972 году Джон Наколлс написал статью, в которой представил ICF и предположил, что испытательные системы могут быть созданы для генерации термоядерного синтеза с драйверами в диапазоне кДж, а также системы с высоким коэффициентом усиления с драйверами MJ. [34] [35]

Несмотря на ограниченные ресурсы и проблемы бизнеса, KMS Fusion успешно продемонстрировала объединение IFC 1 мая 1974 года . [36] Вскоре за этим успехом последовала смерть Сигела и конец KMS Fusion год спустя. [33] К этому моменту несколько оружейных лабораторий и университетов начали свои собственные программы, в частности, твердотельные лазеры ( лазеры на неодимовом стекле ) в LLNL и Университете Рочестера , а также системы эксимерных лазеров на фториде криптона в Лос-Аламосе и Военно-морском исследовательском центре. Лаборатория .

«Высокоэнергетический» МКФ

Эксперименты с ICF высокой энергии (несколько сотен джоулей за выстрел) начались в начале 1970-х годов, когда появились более совершенные лазеры. Финансирование термоядерных исследований, стимулированное энергетическим кризисом , привело к быстрому увеличению производительности, а инерционные конструкции вскоре достигли того же уровня «ниже безубыточности», что и лучшие системы MCF.

LLNL, в частности, получила хорошее финансирование и начала программу разработки лазерного синтеза. Их лазер Janus начал работу в 1974 году и подтвердил подход к использованию лазеров на неодимовом стекле для устройств высокой мощности. Проблемы фокусировки были исследованы в лазерах Long path и Cyclops , что привело к созданию более крупного лазера Argus . Ни одно из них не предназначалось для практического использования, но они повысили уверенность в действенности подхода. Тогда считалось, что гораздо более крупное устройство типа «Циклоп» может как сжимать, так и нагревать цели, что приводит к возгоранию. Это заблуждение было основано на экстраполяции мощности термоядерного синтеза, полученной в экспериментах с использованием так называемой топливной капсулы «взрывающегося толкателя». В конце 1970-х и начале 1980-х годов оценки энергии лазера на цели, необходимой для достижения зажигания, удваивались почти ежегодно, поскольку нестабильность плазмы и режимы потерь энергии лазерной плазмы стали все лучше понимать. Осознание того, что конструкции взрывающихся мишеней-толкателей и однозначные интенсивности лазерного облучения в килоджоулях (кДж) никогда не смогут обеспечить высокую мощность, привело к усилиям по увеличению энергии лазеров до уровня 100 кДж в ультрафиолетовом диапазоне и к производству современных абляционных и криогенных устройств. Конструкции ледовых мишеней ДТ.

Шива и Нова

Одной из первых крупномасштабных попыток создания драйвера ICF был лазер Shiva , 20-лучевая лазерная система на легированном неодимом стекле в LLNL, которая начала работу в 1978 году. Shiva была конструкцией «доказательства концепции», предназначенной для демонстрации сжатия термоядерного топлива. капсулы, во много раз превышающие плотность жидкого водорода. В этом Шива преуспел, достигнув плотности жидкости, в 100 раз превышающей плотность дейтерия. Однако из-за связи лазера с горячими электронами преждевременный нагрев плотной плазмы был проблематичным, а выходы термоядерного синтеза были низкими. Эта неспособность эффективно нагреть сжатую плазму указала на использование оптических умножителей частоты в качестве решения, которое утроило бы частоту инфракрасного света лазера в ультрафиолетовом диапазоне 351 нм. Схемы эффективного утроения частоты лазерного света, открытые в Лаборатории лазерной энергетики в 1980 году, экспериментировались с 24-лучевым лазером OMEGA и лазером NOVETTE , за которым последовала конструкция лазера Nova с энергией, в 10 раз превышающей энергию Шивы, первая конструкция с конкретная цель достижения воспламенения.

Нова также потерпела неудачу, на этот раз из-за сильного изменения интенсивности лазерного излучения в ее лучах (и различий в интенсивности между лучами), вызванного филаментацией, которая привела к большой неравномерности гладкости облучения мишени и асимметричному взрыву. Методы, разработанные ранее, не могли решить эти новые проблемы. Эта неудача привела к гораздо лучшему пониманию процесса имплозии, и путь вперед снова казался ясным, а именно: повысить однородность облучения, уменьшить количество горячих точек в лазерных лучах с помощью методов сглаживания луча, чтобы уменьшить нестабильность Рэлея-Тейлора и увеличить энергия лазера на цели как минимум на порядок. Финансирование было ограничено в 1980-х годах.

Национальная установка зажигания

Целевая камера Национального центра зажигания

Созданная в результате 192-лучевая конструкция, получившая название « Национальная установка зажигания» , началась в LLNL в 1997 году. Основная цель NIF — работать в качестве флагманского экспериментального устройства так называемой программы управления ядерным оружием , поддерживая традиционную роль LLNL в производстве бомб. Завершенные в марте 2009 года [37] эксперименты NIF установили новые рекорды по доставке энергии с помощью лазера. [38] [39] По состоянию на 27 сентября 2013 года впервые полученная энергия термоядерного синтеза превысила энергию, поглощенную дейтерий-тритиевым топливом. [40] [41] [42] В июне 2018 года NIF объявил о рекордном производстве термоядерной энергии в 54 кДж. [43] 8 августа 2021 года [44] NIF произвел 1,3 МДж выработки, что в 25 раз превышает результат 2018 года, генерируя 70% определения безубыточности зажигания - когда выходная энергия равна поступающей энергии. [45] По состоянию на В декабре 2022 года NIF утверждает, что [46] стал первым экспериментом по термоядерному синтезу, который достиг научной безубыточности 5 декабря 2022 года, при этом эксперимент производил 3,15 мегаджоуля энергии из 2,05 мегаджоуля входного лазерного света (несколько меньше, чем необходимая энергия). для кипячения 1 кг воды) для выигрыша энергии около 1,5. [47] [48] [49] [50]

Быстрое зажигание

Быстрое зажигание может предложить способ прямого нагрева топлива после сжатия, тем самым разделяя фазы нагрева и сжатия. При таком подходе цель сначала «обычно» сжимается с помощью лазерной системы. Когда имплозия достигает максимальной плотности (в точке застоя или «времени взрыва»), второй короткий мощный петаваттный (ПВт) лазер подает одиночный импульс на одну сторону ядра, резко нагревая его и начиная воспламенение. [51]

Двумя типами быстрого воспламенения являются метод «сквозного плазменного зажигания» [51] и метод «конус в оболочке». [52] При плазменном просверливании второй лазер пронзает внешнюю плазму взрывающейся капсулы, воздействует на ядро ​​и нагревает его. В методе «конус в оболочке» капсула монтируется на конце небольшого конуса с высоким z (высоким атомным номером ) так, что кончик конуса выступает в ядро. В этом втором методе, когда капсула взрывается, лазер имеет четкое представление о ядре и не использует энергию для прохождения через «коронную» плазму. Однако наличие конуса оказывает существенное влияние на процесс имплозии, которое до конца не изучено. В настоящее время реализуется несколько проектов по изучению быстрого зажигания, включая модернизацию лазера OMEGA в Университете Рочестера и устройства GEKKO XII в Японии.

HiPer – это предлагаемый объект стоимостью 500 миллионов фунтов стерлингов в Европейском Союзе . По сравнению с УФ-лучами NIF мощностью 2 МДж, мощность драйвера HiPER планировалась 200 кДж, а нагревателя 70 кДж, хотя прогнозируемый выигрыш в термоядерном синтезе выше, чем у NIF. Он должен был использовать диодные лазеры , которые преобразуют электричество в лазерный свет с гораздо большей эффективностью и работают при меньшем охлаждении. Это позволяет им работать на гораздо более высоких частотах. HiPER предлагал работать при 1 МДж при частоте 1 Гц или попеременно при 100 кДж при частоте 10 Гц. Окончательное обновление проекта состоялось в 2014 году. Ожидалось, что он обеспечит более высокий Q при десятикратном сокращении затрат на строительство. [53]

Другие проекты

Французский Laser Mégajoule создал свою первую экспериментальную линию в 2002 году, а первые целевые выстрелы были проведены в 2014 году. [54] По состоянию на 2016 год машина была завершена примерно на 75%.

Совершенно другой подход использует устройство z -pinch . Z -пинч использует мощные электрические токи, которые подаются в цилиндр, состоящий из чрезвычайно тонких проводов. Провода испаряются, образуя электропроводящую сильноточную плазму. Возникающее в результате окружное магнитное поле сжимает плазменный цилиндр, взрывая его, генерируя мощный рентгеновский импульс, который можно использовать для взрыва топливной капсулы. Проблемы этого подхода включают относительно низкие температуры привода, что приводит к медленной скорости взрыва и потенциально большому росту нестабильности, а также предварительный нагрев, вызванный высокоэнергетическими рентгеновскими лучами. [55] [56]

Ударное зажигание было предложено для решения проблем с быстрым зажиганием. [57] [58] [59] Япония разработала конструкцию KOYO-F и экспериментальный реактор для испытаний на лазерный инерционный термоядерный синтез (LIFT). [60] [61] [62] В апреле 2017 года стартап по экологически чистой энергетике Apollo Fusion приступил к разработке технологии гибридного термоядерного реактора. [63] [64]

В Германии технологическая компания Marvel Fusion работает над инициируемым лазером термоядерным синтезом с инерционным удержанием. [65] В стартапе использовался короткоимпульсный высокоэнергетический лазер и анейтронное топливо pB11 . [66] [67] [68] Он был основан в Мюнхене в 2019 году. [69] [70] Он работает с Siemens Energy , TRUMPF и Thales . [71] В июле 2022 года компания стала партнером Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана. [72]

В марте 2022 года австралийская компания HB11 объявила о термоядерном синтезе с использованием нетеплового лазера pB11 с более высокой, чем предполагалось, скоростью создания альфа-частиц. [73] Другие компании включают NIF-подобную Longview Fusion и быстродействующую компанию Focused Energy. [74]

Приложения

Производство электроэнергии

Электростанции на инерционном термоядерном синтезе (IFE) изучаются с конца 1970-х годов. Эти устройства должны были доставлять несколько целей в секунду в реакционную камеру, используя полученную энергию для приведения в действие обычной паровой турбины .

Технические проблемы

Лазер Electra в Военно-морской исследовательской лаборатории продемонстрировал более 90 000 выстрелов за 10 часов при энергии 700 джоулей. [75]

Даже если все технические проблемы, связанные с достижением воспламенения, придется решить, практических проблем предостаточно. Учитывая, что эффективность процесса лазерного усиления составляет от 1 до 1,5%, а эффективность паровых турбинных систем обычно составляет около 35%, выигрыш от термоядерного синтеза должен быть порядка 125 раз только для того, чтобы энергетически окупиться. [76]

Повышение эффективности лазеров на порядок может быть возможным за счет использования конструкций, заменяющих лампы-вспышки лазерными диодами , которые настроены на выработку большей части своей энергии в сильно поглощаемом частотном диапазоне. Первоначальные экспериментальные устройства обеспечивают эффективность около 10%, но предполагается, что возможен КПД 20%. [ нужна цитата ]

NIF использует около 330 МДж для производства направляющих лучей, обеспечивая ожидаемую мощность около 20 МДж при максимальной вероятной мощности 45 МДж.

Извлечение энергии

Системы ICF сталкиваются с некоторыми из проблем вторичного извлечения энергии, как и системы MCF. Одна из основных проблем заключается в том, как успешно отвести тепло из реакционной камеры, не мешая мишеням и лучам возбуждения. Другая проблема заключается в том, что высвободившиеся нейтроны вступают в реакцию со структурой реактора, механически ослабляя ее и делая ее чрезвычайно радиоактивной. Обычные металлы, такие как сталь , имеют короткий срок службы и требуют частой замены защитных стенок активной зоны. Еще одной проблемой является остаточная влажность термоядерного синтеза (обломки, оставшиеся в реакционной камере), которая может помешать последующим выстрелам, включая гелиевую золу, образующуюся в результате термоядерного синтеза, а также несгоревший водород и другие элементы, используемые в топливной таблетке. Эта проблема наиболее опасна для систем непрямого привода. Если энергия привода полностью минует топливную таблетку и попадет в защитную камеру, материал может загрязнить область взаимодействия, линзы или фокусирующие элементы.

Одна из концепций, показанная в конструкции HYLIFE-II, заключается в использовании «водопада» FLiBe , расплавленной смеси фторидных солей лития и бериллия , которые одновременно защищают камеру от нейтронов и отводят тепло. FLiBe подается в теплообменник , где нагревает воду для турбин. [77] Тритий, полученный в результате расщепления ядер лития, можно извлечь, чтобы замкнуть термоядерный топливный цикл электростанции, что необходимо для непрерывной работы, поскольку тритий редок и в противном случае его необходимо производить. Другая концепция, Sombrero, использует реакционную камеру, построенную из полимера, армированного углеродным волокном , который имеет низкое нейтронное сечение. Охлаждение обеспечивается расплавленной керамикой, выбранной из-за ее способности поглощать нейтроны и эффективности в качестве теплоносителя. [78]

Инерционный термоядерный взрыв в Новой, создающий условия «микро-солнца» с чрезвычайно высокой плотностью и температурой, соперничающие даже с теми, которые существуют в ядре Солнца .

Экономическая жизнеспособность

Еще одним фактором, работающим против IFE, является стоимость топлива. Когда Наколлс разрабатывал свои первые расчеты, его коллеги отметили, что если машина IFE производит 50 МДж термоядерной энергии, то выстрел может произвести около 10 МДж (2,8 кВтч) энергии. Оптовые тарифы на электроэнергию в сети в то время составляли около 0,3 цента/кВтч, а это означало, что денежная стоимость электроэнергии составляла примерно один цент. За прошедшие 50 лет реальная цена на электроэнергию оставалась примерно одинаковой: в 2012 году в Онтарио, Канада, она составляла около 2,8 цента/кВтч. [79] Таким образом, чтобы установка IFE была экономически жизнеспособной, порции топлива должны были бы стоить значительно меньше десяти центов в долларах 2012 года.

В системах с прямым приводом не используется хольраум, и поэтому они могут быть менее дорогими с точки зрения топлива. Однако эти системы по-прежнему требуют аблятора, а точность и геометрические соображения имеют решающее значение. Подход с прямым приводом по-прежнему не может быть менее дорогим в эксплуатации.

Ядерное оружие

Горячие и плотные условия, возникающие во время эксперимента ICF, аналогичны условиям термоядерного оружия и могут применяться в программах создания ядерного оружия. Эксперименты ICF могут использоваться, например, для определения того, как характеристики боеголовки ухудшаются с возрастом, или как часть программы разработки оружия. Сохранение знаний и опыта в рамках программы создания ядерного оружия является еще одной мотивацией для реализации ICF. [80] [81] Финансирование NIF в Соединенных Штатах поступает из программы управления запасами ядерного оружия, цели которой ориентированы соответствующим образом. [82] Утверждалось, что некоторые аспекты исследований ICF нарушают Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний или Договор о нераспространении ядерного оружия . [83] В долгосрочной перспективе, несмотря на огромные технические препятствия, исследования ICF могут привести к созданию « чистого термоядерного оружия ». [84]

Источник нейтронов

ICF обладает потенциалом производить на порядки больше нейтронов, чем расщепление . Нейтроны способны определять местонахождение атомов водорода в молекулах, определять тепловое движение атомов и изучать коллективные возбуждения фотонов более эффективно, чем рентгеновские лучи. Исследования рассеяния нейтронов молекулярных структур могли бы решить проблемы, связанные со сворачиванием белков , диффузией через мембраны , механизмами переноса протонов , динамикой молекулярных двигателей и т. д. путем модуляции тепловых нейтронов в пучки медленных нейтронов. [85] В сочетании с делящимися материалами нейтроны, производимые ICF, потенциально могут быть использованы в конструкциях гибридного ядерного синтеза для производства электроэнергии.

Смотрите также

Примечания

Рекомендации

  1. ^ «Национальная установка зажигания обеспечивает термоядерное зажигание» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . Проверено 13 декабря 2022 г.
  2. ^ Адриенн Фогт; Майк Хейс; Элла Нильсен; Элиза Хаммонд (13 декабря 2022 г.). «13 декабря 2022 года официальные лица США объявляют о прорыве в области ядерного синтеза». CNN . Проверено 14 декабря 2022 г.
  3. ^ ab «Основы физики термоядерного синтеза». Международное агентство по атомной энергии . 12 октября 2016 г.
  4. ^ Хоффман, Марк (23 марта 2013 г.). «Что такое критерии Лоусона или как сделать термоядерную энергию жизнеспособной». Scienceworldreport.com . Проверено 23 августа 2014 г.
  5. ^ ab Sublette, Кэри (19 марта 2019 г.). «Раздел 4.0 Разработка и проектирование ядерного оружия». Архив ядерного оружия . Архивировано из оригинала 6 февраля 2021 года . Проверено 9 февраля 2021 г.
  6. ^ abcd Nuckolls 1998, стр. 1.
  7. ^ Киф 1982, с. 10.
  8. ^ Лонг, Ф. (октябрь 1976 г.). «Мирные ядерные взрывы». Бюллетень ученых-атомщиков . 32 (8): 18. Бибкод :1976БуАтС..32ч..18Л. дои : 10.1080/00963402.1976.11455642.
  9. ^ аб Эмметт, Nuckolls & Wood 1974, стр. 24.
  10. ^ Эмметт, Наколлс и Вуд 1974, стр. 25.
  11. ^ Эмметт, Наколлс и Вуд 1974, стр. 25–26.
  12. ^ аб Эмметт, Nuckolls & Wood 1974, стр. 26.
  13. ^ Малик 2021, с. 284.
  14. ^ Пфальцнер 2006, с. 15.
  15. ^ «Формирование импульса». ЛЛНЛ .
  16. ^ Хейс, AC; Юнгман, Г.; Солем, Дж.К.; Брэдли, Пенсильвания; Рундберг, Р.С. (2006). «Быстрая бета-спектроскопия как диагностика смеси в зажженных капсулах НИФ». Буквы по современной физике А. 21 (13): 1029. arXiv : Physics/0408057 . Бибкод : 2006MPLA...21.1029H. дои : 10.1142/S0217732306020317. S2CID  119339212.
  17. ^ Синг, Уоррен В.; Хоффман, Нельсон М. (май 1997 г.). «Измерение прохождения и роста нестабильности при радиационных цилиндрических имплозиях». Письма о физических отзывах . 78 (20): 3876–3879. Бибкод : 1997PhRvL..78.3876H. doi :10.1103/PhysRevLett.78.3876.
  18. ^ «Деятельность программы термоядерного синтеза с инерционной конфайнментом, апрель 2002 г.» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 мая 2009 г.
  19. ^ «Деятельность программы термоядерного синтеза с инерционной конфайнментом, март 2006 г.» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 мая 2009 г.
  20. ^ Линдл, Джон; Хаммел, Брюс (2004), «Последние достижения в области целевой физики ICF с непрямым приводом», 20-я конференция МАГАТЭ по термоядерной энергии (PDF) , Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, заархивировано (PDF) из оригинала 09 октября 2022 г. , получено 23 августа, 2014 год
  21. ^ Ф.А. Лонг, «Мирные ядерные взрывы», Бюллетень ученых-атомщиков , октябрь 1976 г., стр. 24-25.
  22. ^ ab Nuckolls 1998, стр. 2.
  23. ^ Наколлс 1998, с. 3.
  24. ^ Архивы Библиотечного университета Штутгарта, Конволют 7, поместье профессора доктора Хеккера, 1956 г., фон Вайцзеккер, Встреча в Геттингене
  25. ^ Отчет Штази бывшей Восточно-Германской Демократической Республики, MfS-AGM, подготовленный "Der Bundesbeauftragte für die Unterlagen des Staatsicherheitsdienstes der ehemaligen Deutschen Demokratischen Republik", Zentralarchiv, Берлин, 1987 г.
  26. ^ Ф. Винтерберг, З. ф. Натурфорш. 19а, 231 (1964)
  27. ^ Ф. Винтерберг, Phys. Откр. 174, 212 (1968).
  28. ^ Гурген Аскарян (1967). Новые физические эффекты [Новые физические эффекты]. Наука и жизнь . 11 :105.
  29. ^ Наколлс 1998, с. 4.
  30. ^ Наколлс 1998, с. 5.
  31. ^ Наколлс 1998, стр. 4–5.
  32. ^ ab Nuckolls 1998, стр. 6.
  33. ^ ab Шон Джонстон, «Интервью с доктором Ларри Зибертом». Архивировано 12 октября 2012 г. в Wayback Machine , Американский институт физики, 4 сентября 2004 г.
  34. ^ Наколлс, Джон; Вуд, Лоуэлл; Тиссен, Альберт; Циммерман, Джордж (1972), «Лазерное сжатие материи до сверхвысоких плотностей: термоядерные (CTR) применения», Nature , 239 (5368): 139–142, Бибкод : 1972Natur.239..139N, doi : 10.1038/239139a0 , S2CID  45684425
  35. ^ Линдл, JD (1993), «Лекция медали Эдварда Теллера: эволюция в сторону непрямого привода и два десятилетия прогресса в направлении зажигания и горения ICF», Международный семинар по лазерному взаимодействию и связанным с ним плазменным явлениям ( PDF) , Министерство энергетики (DOE) ) Управления научно-технической информации (OSTI), заархивировано (PDF) из оригинала 09 октября 2022 г. , получено 23 августа 2014 г.
  36. ^ Вятт, Филип (декабрь 2009 г.). «Задняя страница». Апс.орг . Проверено 23 августа 2014 г.
  37. ↑ Хиршфельд, Боб (31 марта 2009 г.). «Министерство энергетики объявляет о завершении строительства крупнейшего в мире лазера» . Publicaffairs.llnl.gov. Архивировано из оригинала 27 мая 2010 года . Проверено 23 августа 2014 г.
  38. ^ Джейсон Палмер (28 января 2010 г.). «Результаты испытаний лазерного синтеза вселяют энергетические надежды». Новости BBC . Проверено 28 января 2010 г.
  39. ^ «Первоначальные эксперименты NIF соответствуют требованиям термоядерного зажигания» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . 28 января 2010 г. Архивировано из оригинала 27 мая 2010 г. Проверено 28 января 2010 г.
  40. ↑ Филип Болл (12 февраля 2014 г.). «Эксперимент по лазерному синтезу позволяет извлечь чистую энергию из топлива». Природа : 12–27. дои : 10.1038/nature.2014.14710. S2CID  138079001 . Проверено 13 февраля 2014 г.
  41. ^ "Веха в области ядерного синтеза пройдена в лаборатории США" . Новости BBC . 7 октября 2013 года . Проверено 8 октября 2013 г. реакция синтеза превысила количество энергии, поглощаемой топливом
  42. ^ Ураган, ОА; Каллахан, округ Колумбия; Кейси, DT; Сельерс, премьер-министр; Сержан, К.; Девальд, Эл.; Диттрих, ТР; Дёппнер, Т.; Хинкель, Делавэр; Хопкинс, Л. Ф. Берзак; Клайн, Дж.Л.; Ле Папе, С.; Ма, Т.; Макфи, AG; Милович, Дж. Л. (20 февраля 2014 г.). «Прирост топлива, превышающий единицу, в инерционно-ограниченном термоядерном взрыве». Природа . 506 (7488): 343–348. Бибкод : 2014Natur.506..343H. дои : 10.1038/nature13008. ISSN  0028-0836. PMID  24522535. S2CID  4466026.
  43. ^ «NIF достигает рекордного двойного выхода слияния» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . 13 июня 2018 г. Проверено 11 ноября 2019 г.
  44. ↑ Ливермор, Лоуренс (14 августа 2022 г.). «Прорыв в области энергетики ядерного синтеза: подтверждено воспламенение рекордной мощностью 1,3 мегаджоуля».
  45. ^ «Новости Fusion вселяют оптимизм» . Природная фотоника . 15 (10): 713. 28 сентября 2021 г. Бибкод : 2021NaPho..15..713.. doi : 10.1038/s41566-021-00890-z . ISSN  1749-4893.
  46. ^ «Афера с прорывом в области термоядерной энергетики | Новые времена энергии» . news.newenergytimes.net . Проверено 30 декабря 2022 г.
  47. ^ «Национальная установка зажигания обеспечивает термоядерное зажигание» . www.llnl.gov . Проверено 13 декабря 2022 г.
  48. ^ «Национальная лаборатория Министерства энергетики делает историю, достигнув термоядерного зажигания» . Energy.gov.ru . Проверено 13 декабря 2022 г.
  49. ↑ Кеннет Чанг (13 декабря 2022 г.). «Ученые совершили прорыв в области ядерного синтеза с помощью взрыва 192 лазеров». Нью-Йорк Таймс .
  50. ^ Буш, Эван; Ледерман, Джош (13 декабря 2022 г.). «У нас есть« зажигание »: прорыв в термоядерном синтезе приносит прирост энергии». Новости Эн-Би-Си . Проверено 13 декабря 2022 г.
  51. ^ аб Макс Табак; Джеймс Хаммер; Майкл Э. Глинский; Уильям Л. Крюер; Скотт К. Уилкс; Джон Вудворт; Э. Майкл Кэмпбелл; Майкл Д. Перри; Родни Дж. Мейсон (1994). «Зажигание и высокий коэффициент усиления с помощью сверхмощных лазеров». Физ. Плазма . 1 (5): 1626–1634. дои : 10.1063/1.870664 . Проверено 20 ноября 2023 г.
  52. ^ П. А. Норрис; Р. Аллотт; Р. Дж. Кларк; Дж. Коллиер; Д. Нили; С. Дж. Роуз; М. Цепф; М. Сантала; А. Р. Белл; К. Крушельник; А.Е. Дангор; Северная Каролина Вулси; Р.Г. Эванс; Х. Хабара; Т. Норимацу; Р. Кодама (2000). «Экспериментальные исследования усовершенствованной схемы быстрого зажигания». Физ. Плазма . 7 (9): 3721–3726. дои : 10.1063/1.1287419 . Проверено 20 ноября 2023 г.
  53. ^ "60 новостей проекта" . Хипер лазер . Проверено 21 августа 2021 г.
  54. ^ "Лазерный мегаджоуль". Архивировано из оригинала 11 августа 2016 г. Проверено 8 октября 2016 г.
  55. ^ «Электростанция Z-Pinch - система с импульсным приводом для термоядерной энергии» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 января 2009 г.
  56. ^ Грабовский, Е.В. (2002). Исследование быстрого Z-пинча в России и связанные с ним проблемы . ПЛОТНЫЕ Z-ПИНЧИ: 5-я Международная конференция по плотным Z-пинчам. Материалы конференции AIP. Том. 651. стр. 3–8. Бибкод : 2002AIPC..651....3G. дои : 10.1063/1.1531270.
  57. ^ Перкинс, LJ; Бетти, Р.; ЛаФортун, КНДР; Уильямс, Вашингтон (2009). «Ударное зажигание: новый подход к термоядерному синтезу с высоким коэффициентом усиления на национальной установке зажигания» (PDF) . Письма о физических отзывах . 103 (4): 045004. Бибкод : 2009PhRvL.103d5004P. doi : 10.1103/PhysRevLett.103.045004. PMID  19659364. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
  58. ^ Команда проекта HiPER (1 декабря 2013 г.). Отчет о завершении подготовительного этапа HiPER (PDF) (Отчет). Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. Проверено 1 мая 2017 г.
  59. ^ Рибейр, X.; Шурц, Г.; Лафон, М.; Галера, С.; Вебер, С. (2009). «Ударное зажигание: альтернативная схема HiPER». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 51 (1): 015013. Бибкод : 2009PPCF...51a5013R. дои : 10.1088/0741-3335/51/1/015013. ISSN  0741-3335. S2CID  120858786.
  60. ^ Норимацу, Такаёси; Козаки, Ясудзи; Ширага, Хироши; Фудзита, Хисанори; Окано, Кунихико; Азех, Хироши (2013). «Экспериментальный подъем реактора лазерного синтеза на основе быстрого зажигания и проблемы». 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.
  61. ^ Норимацу, Т.; Каванака, Дж.; Миянага, М.; Азечи, Х. (2007). «Концептуальный проект электростанции быстрого зажигания KOYO-F с приводом от охлаждаемого керамического лазера Yb:YAG». Наука и технология термоядерного синтеза . 52 (4): 893–900. Бибкод : 2007FuST...52..893N. дои : 10.13182/fst52-893. S2CID  117974702.
  62. ^ Норимацу, Т. (2006). «Реактор лазерного синтеза с быстрым зажиганием KOYO-F - Резюме проектного комитета по лазерному термоядерному реактору FI» (PDF) . Американо-японский семинар по исследованиям электростанций и связанным с ними передовым технологиям с участием ЕС (24-25 января 2006 г., Сан-Диего, Калифорния). Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
  63. ↑ Стоун, Брэд (3 апреля 2017 г.). «Бывший вице-президент Google открывает компанию, обещающую чистую и безопасную ядерную энергетику». Bloomberg.com . Проверено 1 мая 2017 г.
  64. ↑ Томпсон, Эйвери (3 апреля 2017 г.). «Может ли термоядерный стартап Google дать толчок развитию ядерной энергетики?». Популярная механика . Проверено 1 мая 2017 г.
  65. ^ «Революционное решение для безуглеродной энергетики» . Марвел Фьюжн . Проверено 10 августа 2021 г.
  66. ^ «Дело в пользу слияния финансирования» . ТехКранч . 10 июля 2021 г. Проверено 10 августа 2021 г.
  67. ^ Венгенмайр, Роланд. «Альтернативный Kernfusion: с Superlasern und einem Quantentrick». ФАЗ.НЕТ (на немецком языке). ISSN  0174-4909 . Проверено 10 августа 2021 г.
  68. ^ «Marvel Fusion привлекает в Мюнхен ведущие научные таланты» . Марвел Фьюжн . Проверено 10 августа 2021 г.
  69. ↑ Веккиато, Александра (28 октября 2020 г.). «Erneuerbare Energien: Миллиарденпроект в Пенцберге». Süddeutsche.de (на немецком языке) . Проверено 10 августа 2021 г.
  70. ^ Бэр, Маркус. «Стартап Ein Münchner forscht mit Kernfusion am Feuer der Zukunft». Augsburger Allgemeine (на немецком языке) . Проверено 10 августа 2021 г.
  71. ^ «Европейские промышленные гиганты присоединяются к гонке ядерного синтеза» . Файнэншл Таймс . 03.02.2022. Архивировано из оригинала 10 декабря 2022 г. Проверено 21 сентября 2022 г.
  72. ^ "Laserforschung: LMU und Marvel Fusion vereinbaren Kooperation zur Erforschung der laserbasierten Kernfusion" . www.lmu.de (на немецком языке) . Проверено 21 сентября 2022 г.
  73. ^ «Испытание лазерного синтеза водорода и бора HB11 дает революционные результаты» . 29 марта 2022 г.
  74. ^ «Стартапы пытаются превратить успех лазерного синтеза в экологически чистые электростанции» . www.science.org . Проверено 17 февраля 2023 г.
  75. ^ Обенсчейн, Стивен и др. «Высокоэнергетические лазеры на фториде криптона для инерционного синтеза». Прикладная оптика 54.31 (2015): Ф103-Ф122.
  76. ^ Брюкнер 1977, с. 31.
  77. ^ Олсон, Крейг; Табак, Макс; Дальбург, Джилл; Олсон, Рик; Пейн, Стив; Сетиан, Джон; Барнард, Джон; Спилман, Рик; Шульц, Кен; Петерсон, Роберт; Петерсон, Пер; Мейер, Уэйн; Перкинс, Джон (1999), «Рабочая группа по концепциям инерционного термоядерного синтеза, итоговые отчеты подгрупп», Летнее исследование термоядерного синтеза 1999 года (PDF) , Колумбийский университет, заархивировано (PDF) из оригинала 09 октября 2022 г. , получено 23 августа, 2014 год
  78. ^ Святославский, И.Н.; Саван, Мэн; Петерсон, Р.Р.; Кульчинский, Г.Л.; Макфарлейн, Джей-Джей; Виттенберг, LJ; Могахед, Э.А.; Ратледж, Южная Каролина; Гоуз, С.; Бурк, Р. (1991), «СОМБРЕРО - Энергетический реактор IFE с твердым размножителем с подвижным слоем KrF с лазерным приводом», 14-й симпозиум IEEE / NPSS по термоядерной технике (PDF) , Институт термоядерных технологий, Университет Висконсина, заархивировано (PDF) из оригинал от 09 октября 2022 г. , получено 23 августа 2014 г.
  79. ^ "Данные о мощности IESO" . Ieso.ca. Архивировано из оригинала 2 октября 2014 г. Проверено 23 августа 2014 г.
  80. ↑ Ричард Гарвин , «Контроль над вооружениями сегодня», 1997 г.
  81. ^ «Наука». Lasers.llnl.gov . Проверено 24 августа 2014 г.
  82. ^ "Управление запасами". Lasers.llnl.gov . Проверено 24 августа 2014 г.
  83. ^ Махиджани, Арджун; Зерриффи, Хишам (15 июля 1998 г.). «Опасный термоядерный квест». Ieer.org . Проверено 23 августа 2014 г.
  84. ^ «Джонс и фон Хиппель, Наука и глобальная безопасность, 1998, том 7, стр. 129-150» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2008 г.
  85. ^ Тейлор, Эндрю; Данн, М; Беннингтон, С; Анселл, С; Гарднер, я; Норрейс, П; Брум, Т; Финдли, Д; Нельмес, Р. (февраль 2007 г.). «Путь к самому яркому источнику нейтронов?». Наука . 315 (5815): 1092–1095. Бибкод : 2007Sci...315.1092T. дои : 10.1126/science.1127185. PMID  17322053. S2CID  42506679.

Библиография

Внешние ссылки