stringtranslate.com

Инерционный термоядерный синтез

Десятилучевой лазер LLNL Nova вскоре после завершения его разработки в 1984 году. В конце 1970-х и начале 1980-х годов энергия лазера за импульс, доставляемая к цели с использованием инерционного термоядерного синтеза, выросла с нескольких джоулей до десятков килоджоулей, что потребовало очень больших научных устройств для экспериментов.

Инерционный термоядерный синтез ( ICF ) — это процесс термоядерной энергии , который инициирует реакции ядерного синтеза путем сжатия и нагрева мишеней, заполненных топливом. Мишени представляют собой небольшие гранулы, обычно содержащие дейтерий ( 2H ) и тритий ( 3H ).

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 ее. Достаточно мощные ударные волны генерируют термоядерный синтез.

ICF является одним из двух основных направлений исследований энергии термоядерного синтеза; другое — это термоядерный синтез с магнитным удержанием (MCF). Когда он был впервые предложен в начале 1970-х годов, ICF, казалось, был практическим подходом к производству энергии, и эта область процветала. Эксперименты показали, что эффективность этих устройств была намного ниже ожидаемой. На протяжении 1980-х и 90-х годов проводились эксперименты с целью понять взаимодействие высокоинтенсивного лазерного света и плазмы . Это привело к разработке гораздо более крупных машин, которые достигли энергии, генерирующей зажигание.

Самый крупный действующий эксперимент ICF — это National Ignition Facility (NIF) в США. В 2022 году NIF произвел синтез, доставив 2,05 мегаджоулей (МДж) энергии к цели, которая произвела 3,15 МДж, впервые устройство ICF произвело больше энергии, чем было доставлено к цели. [1] [2]

Описание

Основы слияния

Реакции синтеза объединяют меньшие атомы в более крупные. Это происходит, когда два атома (или иона, атома, лишенного своих электронов) подходят друг к другу достаточно близко, чтобы ядерная сила доминировала над электростатической силой , которая в противном случае удерживала их на расстоянии. Преодоление электростатического отталкивания требует кинетической энергии, достаточной для преодоления кулоновского барьера или барьера синтеза . [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 . Наоборот, ядерная сила увеличивается с числом нуклонов , поэтому изотопы водорода, которые содержат дополнительные нейтроны , уменьшают требуемую энергию. Самым простым топливом является смесь 2 H и 3 H, известная как DT. [3]

Вероятность слияния зависит от плотности и температуры топлива, а также от времени, в течение которого поддерживаются плотность и температура. Даже в идеальных условиях вероятность слияния пары D и T очень мала. Более высокая плотность и более длительное время допускают большее количество встреч между атомами. Это поперечное сечение также зависит от индивидуальных энергий ионов. Эта комбинация, тройной продукт слияния , должна достичь критерия 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, первичная ступень , представляет собой устройство, работающее на делении, 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 вторичную ступень , которая в основном состоит из термоядерного топлива. Рентгеновские лучи нагревают этот материал и заставляют его взорваться. Из-за третьего закона Ньютона это заставляет топливо внутри двигаться внутрь, сжимая и нагревая его. Это заставляет термоядерное топливо достигать 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. При нормальных условиях альфа-частицы могут проходить около 10 мм через топливо, но в сверхплотных условиях в сжатом топливе они могут проходить 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 альфа-частицами, повторно откладывается в топливе. Эта передача кинетической энергии нагревает окружающие частицы до энергий, необходимых им для прохождения синтеза. Этот процесс заставляет термоядерное топливо сгорать наружу от центра. Электрически нейтральные нейтроны проходят большие расстояния в топливной массе и не способствуют этому процессу самонагрева. В бомбе они вместо этого используются либо для размножения трития посредством реакций в литий-дейтеридовом топливе, либо для расщепления дополнительного расщепляющегося топлива, окружающего вторичную ступень, часто являющуюся частью корпуса бомбы. [5]

Требование, чтобы реакция была вызвана бомбой деления, делает этот метод непрактичным для выработки электроэнергии. Не только производство триггеров деления было бы дорогим, но и минимальный размер такой бомбы был бы большим, определяемым примерно критической массой используемого плутониевого топлива . Как правило, кажется сложным построить эффективные устройства ядерного синтеза с выходом намного меньше, чем около 1 килотонны, а вторичный синтез увеличил бы этот выход. Это делает сложной инженерной проблемой извлечение энергии из полученных взрывов. Проект PACER изучал решения инженерных проблем, [6] но также продемонстрировал, что это было экономически нецелесообразно. Стоимость бомб была намного больше, 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, если рассматривать топливную таблетку весом 1 миллиграмм, энергия, необходимая для нагрева всей массы до этой температуры, составляет 1,4 мегаджоуля (МДж). [9]

В более широко развитом подходе магнитной термоядерной энергии (MFE) время удержания составляет порядка одной секунды. Однако плазма может поддерживаться в течение минут. В этом случае время удержания представляет собой количество времени, которое требуется для того, чтобы энергия реакции была потеряна в окружающей среде - посредством различных механизмов. Для удержания в течение одной секунды плотность, необходимая для соответствия критерию Лоусона, составляет около 10 14 частиц на кубический сантиметр (см3). [9] Для сравнения, в воздухе на уровне моря содержится около 2,7 x 10 19 частиц/см3, поэтому подход MFE был описан как «хороший вакуум».

Если рассматривать каплю DT-топлива весом 1 миллиграмм в жидкой форме, то ее размер составляет около 1 мм, а плотность — около 4 x 10 20 /см3. Ничто не удерживает топливо вместе. Тепло, создаваемое в результате термоядерных реакций, заставляет его расширяться со скоростью звука , что приводит к времени удержания около 2 x 10 −10 секунд. При жидкой плотности требуемое время удержания составляет около 2 x 10 −7 секунд. В этом случае только около 0,1 процента топлива плавится до того, как капля разлетается на части. [10]

Скорость реакций синтеза является функцией плотности, а плотность может быть улучшена путем сжатия. Если капля сжимается от 1 мм до 0,1 мм в диаметре, время удержания уменьшается в те же 10 раз, потому что частицам нужно преодолеть меньшее расстояние, прежде чем они вырвутся. Однако плотность, которая является кубом размеров, увеличивается в 1000 раз. Это означает, что общая скорость синтеза увеличивается в 1000 раз, в то время как удержание падает в 10 раз, улучшение в 100 раз. В этом случае 10% топлива подвергается синтезу; 10% от 1 мг топлива производят около 30 МДж энергии, в 30 раз больше, чем необходимо для сжатия его до этой плотности. [11]

Другая ключевая концепция ICF заключается в том, что вся масса топлива не должна быть доведена до 100 миллионов К. В термоядерной бомбе реакция продолжается, потому что альфа-частицы, высвобождаемые внутри, нагревают топливо вокруг нее. При жидкой плотности альфа-частицы проходят около 10 мм, и, таким образом, их энергия покидает топливо. В сжатом топливе 0,1 мм альфа-частицы имеют пробег около 0,016 мм, что означает, что они остановятся внутри топлива и нагреют его. В этом случае «распространяющееся горение» может быть вызвано нагреванием только центра топлива до необходимой температуры. Это требует гораздо меньше энергии; расчеты показали, что 1 кДж достаточно для достижения цели сжатия. [12]

Необходим какой-то метод для нагрева внутреннего пространства до температур плавления, и делать это, пока топливо сжато 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/см3 . [ 13] Большая часть работы с 1970-х годов была посвящена способам создания центральной горячей точки, которая запускает горение, и решению множества практических проблем при достижении желаемой плотности.

Схема стадий инерционного термоядерного синтеза с использованием лазеров. Синие стрелки представляют излучение; оранжевые — выброс; фиолетовые — переносимая внутрь тепловая энергия.
  1. Лазерные лучи или генерируемые лазером рентгеновские лучи быстро нагревают поверхность мишени термоядерного синтеза, образуя окружающую плазменную оболочку.
  2. Топливо сжимается за счет ракетного сдувания горячего поверхностного материала.
  3. На заключительном этапе взрыва капсулы топливное ядро ​​достигает плотности, в 20 раз превышающей плотность свинца, и воспламеняется при температуре 100 000 000 ˚C.
  4. Термоядерное горение быстро распространяется по сжатому топливу, выделяя во много раз больше энергии, чем исходная.

Концепции отопления

Ранние расчеты предполагали, что количество энергии, необходимое для воспламенения топлива, очень мало, однако это не соответствует последующему опыту.

Горячая точка возгорания

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

Первоначальное решение проблемы нагрева включало преднамеренное «формирование» подачи энергии. Идея состояла в том, чтобы использовать начальный импульс с более низкой энергией для испарения капсулы и вызвать сжатие, а затем очень короткий, очень мощный импульс ближе к концу цикла сжатия. Цель состоит в том, чтобы запустить ударные волны в сжатое топливо, которые движутся внутрь к центру. Когда они достигают центра, они встречают волны, приходящие с других сторон. Это вызывает краткий период, когда плотность в центре достигает гораздо более высоких значений, более 800 г/см 3 . [14]

Концепция зажигания в центральной горячей точке была первой, которая предположила, что ICF не только является практическим путем к 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. Более глубокое понимание привело к сложному формированию импульса в несколько временных интервалов. [15]

Быстрое зажигание

Метод быстрого зажигания использует отдельный лазер для подачи дополнительной энергии непосредственно в центр топлива. Это можно сделать механически, часто используя небольшой металлический конус для прокалывания внешней стенки топливной таблетки, чтобы ввести энергию в центр. В испытаниях этот подход не удался [ требуется цитата ], потому что лазерный импульс должен был достичь центра в точный момент, в то время как центр был закрыт мусором и свободными электронами от импульса сжатия. Он также имеет недостаток, заключающийся в необходимости второго лазерного импульса, который обычно включает в себя совершенно отдельный лазер.

Ударное зажигание

Ударное зажигание по своей концепции похоже на технику горячей точки, но вместо воспламенения посредством компрессионного нагрева, мощная ударная волна посылается в топливо в более позднее время посредством комбинации компрессионного и ударного нагрева. Это повышает эффективность процесса, одновременно снижая общее количество требуемой мощности.

Прямой и непрямой привод

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

В простейшем методе инерционного удержания топливо размещается в виде сферы. Это позволяет равномерно сжимать его со всех сторон. Для создания внутренней силы топливо помещается в тонкую капсулу, которая поглощает энергию от драйверных лучей, заставляя оболочку капсулы взрываться наружу. Оболочка капсулы обычно изготавливается из легкого пластика, а топливо размещается в виде слоя на внутренней стороне путем впрыскивания и замораживания газообразного топлива в оболочку.

Направление лучей драйвера непосредственно на топливную капсулу известно как «прямой привод». Процесс имплозии должен быть чрезвычайно однородным, 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 до диаметра настолько узкого, что его трудно достичь на практике.

В качестве альтернативы «непрямой привод» освещает небольшой цилиндр из тяжелого металла, часто золота или свинца , известный как хольраум . Энергия пучка нагревает хольраум до тех пор, пока он не начнет испускать рентгеновские лучи . Эти рентгеновские лучи заполняют внутреннюю часть хольраума и нагревают капсулу. Преимущество непрямого привода заключается в том, что пучки могут быть больше и менее точными. Недостатком является то, что большая часть поставляемой энергии используется для нагрева хольраума до тех пор, пока он не станет «горячим как рентген», поэтому сквозная энергетическая эффективность намного ниже, чем у метода прямого привода.

Вызовы

Макет позолоченного Национального центра зажигания (NIF) hohlraum

Основными проблемами повышения эффективности ICF являются:

Чтобы сфокусировать ударную волну в центре цели, цель 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 лучей относительно проста и решается с помощью линий задержки на оптическом пути лучей для достижения пикосекундной точности.Другой важной проблемой является так называемый дисбаланс "пучок-пучок" и анизотропия пучка . Эти проблемы возникают, соответственно, когда энергия, доставляемая одним пучком, может быть выше или ниже, чем у других падающих пучков, и когда в пределах диаметра пучка, попадающего на цель, возникают "горячие точки" в пределах диаметра пучка, что вызывает неравномерное сжатие на поверхности цели, тем самым формируя неустойчивости Рэлея-Тейлора [16] в топливе, преждевременно перемешивая его и снижая эффективность нагрева в момент максимального сжатия. Неустойчивость Рихтмайера-Мешкова также формируется во время процесса из-за ударных волн.

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

Эти проблемы были смягчены методами сглаживания пучка и диагностикой энергии пучка; однако нестабильность RT остается серьезной проблемой. Современные криогенные водородные ледяные мишени имеют тенденцию замораживать тонкий слой дейтерия на внутренней стороне оболочки, облучая его маломощным инфракрасным лазером для сглаживания внутренней поверхности и контролируя его с помощью камеры , оснащенной микроскопом , тем самым позволяя тщательно контролировать слой. [18] Криогенные мишени, заполненные DT, являются «самосглаживающимися» из-за небольшого количества тепла, создаваемого распадом трития. Это называется « бета -расслоением». [19]

Микрокапсула с инерционным термоядерным топливом (иногда называемая «микробаллоном») такого размера, который используется в NIF, и может быть заполнен либо дейтерием и тритием, либо DT-льдом. Капсула может быть либо вставлена ​​в хольраум (как указано выше) и сжата в режиме непрямого привода , либо облучёна напрямую лазерной энергией в конфигурации прямого привода . Микрокапсулы, используемые в предыдущих лазерных системах, были значительно меньше из-за менее мощного облучения, которое ранние лазеры могли доставить к цели.

В подходе с косвенным приводом [20] поглощение целевым объектом тепловых рентгеновских лучей более эффективно, чем прямое поглощение лазерного света. Однако хольраумы поглощают значительную энергию для нагрева, что значительно снижает эффективность передачи энергии. Чаще всего мишени с косвенным приводом хольраумов используются для имитации испытаний термоядерного оружия из-за того, что термоядерное топливо в оружии также взрывается в основном рентгеновским излучением.

Драйверы ICF развиваются. Лазеры масштабировались от нескольких джоулей и киловатт до мегаджоулей и сотен тераватт, используя в основном удвоенный или утроенный свет от усилителей на неодимовом стекле . [ необходима цитата ]

Тяжелые ионные пучки особенно интересны для коммерческой генерации, поскольку их легко создавать, контролировать и фокусировать. Однако трудно достичь плотности энергии, необходимой для эффективного взрыва цели, и большинство ионно-лучевых систем требуют использования хольраума, окружающего цель, чтобы сгладить облучение. [ необходима цитата ]

История

Зачатие

Соединенные Штаты

История ICF началась в рамках конференции « Атомы для мира » в 1957 году. Это была международная конференция между США и Советским Союзом , спонсируемая ООН . Была высказана мысль об использовании водородной бомбы для нагрева заполненной водой пещеры. Полученный пар затем можно было бы использовать для питания обычных генераторов и, таким образом, обеспечивать электроэнергией. [6]

Эта встреча привела к операции Plowshare , 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 выемки грунта и для фрекинга в газовой промышленности. PACER был непосредственно испытан в декабре 1961 года, когда 3-килотонное устройство Project Gnome было взорвано в пластовой соли в Нью-Мексико. Пока пресса наблюдала, радиоактивный пар выделился из буровой шахты на некотором расстоянии от испытательного полигона. Дальнейшие исследования спроектировали искусственные полости для замены естественных, но Plowshare стал еще хуже, особенно после аварии Sedan 1962 года , которая привела к значительным радиоактивным осадкам . PACER продолжал получать финансирование до 1975 года, когда исследование третьей стороны показало, что стоимость электроэнергии от PACER будет в десять раз выше стоимости обычных атомных электростанций. [21]

Другим результатом Atoms For Peace стало то, что Джон Наколлс задумался о том, что происходит на термоядерной стороне бомбы по мере уменьшения массы топлива. Эта работа предполагала, что при размерах порядка миллиграммов для воспламенения топлива потребуется немного энергии, гораздо меньше, чем для первичного деления. [6] Он предложил построить, по сути, крошечные взрывчатые вещества с полным синтезом, используя крошечную каплю DT-топлива, подвешенную в центре хольраума. Оболочка обеспечивала тот же эффект, что и корпус бомбы в водородной бомбе, удерживая рентгеновские лучи внутри для облучения топлива. Главное отличие заключается в том, что рентгеновские лучи подавались внешним устройством, которое нагревало оболочку снаружи до тех пор, пока она не начинала светиться в рентгеновском диапазоне. Энергия подавалась тогда еще не идентифицированным импульсным источником питания, который он, используя терминологию бомбы, называл «первичным». [22]

Главным преимуществом этой схемы является эффективность синтеза при высоких плотностях. Согласно критерию Лоусона, количество энергии, необходимое для нагрева DT-топлива до безубыточных условий при давлении окружающей среды, возможно, в 100 раз больше, чем энергия, необходимая для сжатия его до давления, которое обеспечит ту же скорость синтеза. Таким образом, теоретически подход ICF может предложить значительно больший выигрыш. [22] Это можно понять, рассмотрев потери энергии в обычном сценарии, когда топливо медленно нагревается, как в случае магнитной энергии синтеза ; скорость потери энергии в окружающую среду основана на разнице температур между топливом и его окружением, которая продолжает увеличиваться по мере повышения температуры топлива. В случае ICF весь хольраум заполнен высокотемпературным излучением, ограничивающим потери. [23]

Германия

В 1956 году в Институте Макса Планка в Германии пионером термоядерного синтеза Карлом Фридрихом фон Вайцзеккером была организована встреча . На этой встрече Фридвардт Винтерберг предложил неделящийся способ зажигания термоядерного микровзрыва сходящейся ударной волной, приводимой в движение взрывчатыми веществами. [24] Дальнейшие ссылки на работу Винтерберга в Германии по ядерным микровзрывам (мини-ядерным взрывам) содержатся в рассекреченном отчете бывшей восточногерманской Штази (Staatsicherheitsdienst). [25]

В 1964 году Винтерберг предположил, что зажигание может быть достигнуто с помощью интенсивного пучка микрочастиц, ускоренных до скорости 1000 км/с. [26] В 1968 году он предложил использовать интенсивные электронные и ионные пучки, генерируемые генераторами Маркса, для той же цели. [27] Преимущество этого предложения заключается в том, что пучки заряженных частиц не только менее дороги, чем лазерные пучки, но и могут захватывать заряженные продукты реакции синтеза благодаря сильному собственному магнитному полю пучка, что резко снижает требования к сжатию для цилиндрических мишеней, зажигаемых пучком.

СССР

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

Ранние исследования

В конце 1950-х годов сотрудники Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе (LLNL) завершили компьютерное моделирование концепции ICF. В начале 1960-х годов они провели полное моделирование имплозии 1 мг DT-топлива внутри плотной оболочки. Моделирование предполагало, что 5 МДж мощности, подводимой к хольрауму, произведут 50 МДж термоядерного синтеза, что дает усиление в 10 раз. Это было до того, как были рассмотрены лазер и множество других возможных драйверов, включая импульсные силовые машины, ускорители заряженных частиц, плазменные пушки и гиперскоростные пушки. [29]

Два теоретических достижения продвинули область. Одно из них пришло из новых симуляций, которые учитывали время подачи энергии в импульсе, известное как «формирование импульса», что привело к лучшей имплозии. Второе заключалось в том, чтобы сделать оболочку намного больше и тоньше, образуя тонкую оболочку в отличие от почти сплошного шара. Эти два изменения значительно увеличили эффективность имплозии и, таким образом, значительно снизили требуемую энергию сжатия. Используя эти улучшения, было подсчитано, что потребуется драйвер около 1 МДж, [30] пятикратное сокращение. В течение следующих двух лет были предложены другие теоретические достижения, в частности, разработка Рэем Киддером системы имплозии без хольраума, так называемый подход «прямого привода», и работа Стирлинга Колгейта и Рона Забавски над системами с всего лишь 1 мкг DT-топлива. [31]

Введение лазера в 1960 году в Hughes Research Laboratories в Калифорнии, казалось, представляло собой идеальный механизм привода. Начиная с 1962 года, директор Livermore Джон С. Фостер-младший и Эдвард Теллер начали небольшое исследование ICF-лазера. Даже на этой ранней стадии пригодность ICF для исследований оружия была хорошо понята и была основной причиной его финансирования. [32] В течение следующего десятилетия LLNL создавала небольшие экспериментальные устройства для основных исследований взаимодействия лазера и плазмы.

Разработка начинается

В 1967 году Кип Сигел основал KMS Industries. В начале 1970-х годов он основал KMS Fusion , чтобы начать разработку лазерной системы ICF. [33] Это развитие вызвало значительное противодействие со стороны оружейных лабораторий, включая LLNL, которые выдвинули ряд причин, по которым KMS не следует разрешать разрабатывать ICF публично. Это противодействие было направлено через Комиссию по атомной энергии , которая потребовала финансирования. К фоновому шуму добавились слухи об агрессивной советской программе ICF, новых более мощных лазерах на CO2 и стекле, концепции драйвера электронного луча и энергетическом кризисе , который дал толчок многим энергетическим проектам. [32]

В 1972 году Джон Наколлс написал статью, в которой представил ICF и предположил, что можно создать испытательные системы для генерации слияния с драйверами в диапазоне кДж, а также системы с высоким коэффициентом усиления с драйверами в диапазоне МДж. [34] [35]

Несмотря на ограниченные ресурсы и проблемы с бизнесом, KMS Fusion успешно продемонстрировала синтез IFC 1 мая 1974 года. [36] За этим успехом вскоре последовала смерть Сигела и конец KMS Fusion годом позже. [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-морской исследовательской лаборатории .

«Высокоэнергетический» МКФ

Эксперименты с высокоэнергетическим ICF (несколько сотен джоулей за выстрел) начались в начале 1970-х годов, когда появились более совершенные лазеры. Финансирование исследований в области термоядерного синтеза стимулировалось энергетическими кризисами , что привело к быстрому росту производительности, и инерционные конструкции вскоре достигли тех же самых условий «ниже безубыточности», что и лучшие системы MCF.

В частности, LLNL хорошо финансировалась и начала программу развития лазерного термоядерного синтеза. Их лазер Janus начал работу в 1974 году и подтвердил подход использования лазеров на неодимовом стекле для мощных устройств. Проблемы фокусировки были исследованы в лазерах Long path и Cyclops , что привело к созданию более крупного лазера Argus . Ни один из них не был предназначен для практического использования, но они повысили уверенность в том, что подход был обоснован. Тогда считалось, что гораздо более крупное устройство типа Cyclops может как сжимать, так и нагревать мишени, что приводит к воспламенению. Это заблуждение основывалось на экстраполяции выходов термоядерного синтеза, полученных в экспериментах с использованием так называемой «взрывающейся толкающей» топливной капсулы. В конце 1970-х и начале 1980-х годов оценки лазерной энергии на мишени, необходимой для достижения воспламенения, удваивались почти ежегодно, поскольку нестабильности плазмы и режимы потери связи энергии лазера с плазмой становились все более понятными. Осознание того, что конструкции взрывающихся толкающих мишеней и интенсивность лазерного облучения в единицу килоджоуля (кДж) никогда не позволят достичь высокой производительности, привело к попыткам увеличить энергию лазера до уровня 100 кДж в ультрафиолетовом диапазоне и к созданию усовершенствованных конструкций абляторов и криогенных мишеней из DT-льда.

Шива и Нова

Одной из самых ранних крупномасштабных попыток разработки драйвера ICF был лазер Shiva , 20-лучевая лазерная система на неодимовом стекле, легированном в LLNL, которая начала работу в 1978 году. Shiva была «доказательством концепции» конструкции, предназначенной для демонстрации сжатия капсул термоядерного топлива до многократных значений плотности жидкости водорода. В этом Shiva преуспел, достигнув 100-кратной плотности жидкости дейтерия. Однако из-за связи лазера с горячими электронами преждевременный нагрев плотной плазмы был проблематичен, 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 от лазера в ультрафиолетовый на 351 нм. Схемы эффективного утроения частоты лазерного света, открытые в Лаборатории лазерной энергетики в 1980 году, были экспериментально опробованы в 24-лучевом лазере OMEGA и лазере NOVETTE , за которыми последовала конструкция лазера Nova с энергией, в 10 раз превышающей энергию лазера Shiva, первая конструкция, специально предназначенная для достижения зажигания.

Nova также потерпела неудачу, на этот раз из-за сильного изменения интенсивности лазера в его лучах (и различий в интенсивности между лучами), вызванного филаментацией, что привело к большой неоднородности в гладкости облучения на цели и асимметричной имплозии. Методы, впервые примененные ранее, не могли решить эти новые проблемы. Эта неудача привела к гораздо большему пониманию процесса имплозии, и путь вперед снова казался ясным, а именно: повысить однородность облучения, уменьшить горячие точки в лазерных лучах с помощью методов сглаживания лучей для уменьшения нестабильности Рэлея-Тейлора и увеличить энергию лазера на цели как минимум на порядок. Финансирование было ограничено в 1980-х годах.

Национальный центр зажигания

Целевая камера Национального центра зажигания

Получившаяся в результате 192-лучевая конструкция, получившая название National Ignition Facility , была начата в LLNL в 1997 году. Основная цель NIF — работать в качестве флагманского экспериментального устройства так называемой программы ядерного управления , поддерживая традиционную роль LLNL по изготовлению бомб. Завершенные в марте 2009 года, [37] эксперименты NIF установили новые рекорды по подаче энергии лазером. [38] [39] По состоянию на 27 сентября 2013 года впервые выработанная энергия термоядерного синтеза превысила энергию, поглощенную дейтериево-тритиевым топливом. [40] [41] [42] В июне 2018 года NIF объявил о рекордном производстве 54 кДж энергии термоядерного синтеза. [43] 8 августа 2021 года [44] NIF выработал 1,3 МДж энергии, что в 25 раз больше результата 2018 года, что составляет 70% от безубыточного определения зажигания — когда энергия на выходе равна энергии на входе. [45] По состоянию на декабрь 2022 года NIF утверждает [46] , что стал первым экспериментом по термоядерному синтезу, который достиг научной безубыточности 5 декабря 2022 года, при этом эксперимент выработал 3,15 мегаджоулей энергии из 2,05 мегаджоулей входного лазерного света (что несколько меньше энергии, необходимой для кипячения 1 кг воды) для прироста энергии примерно в 1,5 раза. [47] [48] [49] [50]

Быстрое зажигание

Быстрое зажигание может предложить способ непосредственного нагрева топлива после сжатия, тем самым разделяя фазы нагрева и сжатия. В этом подходе цель сначала сжимается «нормально» с помощью лазерной системы. Когда имплозия достигает максимальной плотности (в точке застоя или «время взрыва»), второй короткий, мощный петаваттный (PW) лазер подает одиночный импульс на одну сторону ядра, резко нагревая его и запуская зажигание. [51]

Два типа быстрого зажигания - это метод "плазменного бурения" [51] и метод "конус-в-оболочке". [52] При плазменном бурении второй лазер просверливает внешнюю плазму сжимающейся капсулы, сталкивается с ней и нагревает ядро. При методе конуса-в-оболочке капсула устанавливается на конце небольшого конуса с высоким z (высоким атомным числом ) таким образом, что кончик конуса выступает в ядро. При этом втором методе, когда капсула сжимается, лазер имеет четкий обзор ядра и не использует энергию для просверливания плазмы "короны". Однако наличие конуса влияет на процесс взрыва существенным образом, который до конца не изучен. В настоящее время ведется несколько проектов по исследованию 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 2 МДж ультрафиолетовыми лучами NIF, драйвер HiPER планировался на 200 кДж, а нагреватель — на 70 кДж, хотя прогнозируемый прирост термоядерного синтеза выше, чем у NIF. Он должен был использовать диодные лазеры , которые преобразуют электричество в лазерный свет с гораздо большей эффективностью и работают при более низкой температуре. Это позволяет им работать на гораздо более высоких частотах. HiPER предлагал работать на 1 МДж при 1 Гц или, альтернативно, 100 кДж при 10 Гц. Последнее обновление проекта было в 2014 году. Ожидалось, что он обеспечит более высокую добротность при 10-кратном сокращении затрат на строительство. [53]

Другие проекты

Французский лазер Mégajoule достиг своей первой экспериментальной линии в 2002 году, а его первые целевые выстрелы были проведены в 2014 году. [54] По состоянию на 2016 год машина была готова примерно на 75%.

Z -пинч- устройство использует совершенно другой подход . Z -пинч использует мощные электрические токи, переключаемые в цилиндр, состоящий из чрезвычайно тонких проводов. Провода испаряются, образуя электропроводящую, сильноточную плазму. Образующееся 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 медленным скоростям взрыва и потенциально большому росту нестабильности, а также предварительный нагрев, вызванный высокоэнергетическими рентгеновскими лучами. [55] [56]

Для решения проблем с быстрым зажиганием было предложено использовать ударное зажигание. [57] [58] [59] Япония разработала конструкцию KOYO-F и экспериментальный реактор для испытания лазерного инерциального термоядерного синтеза (LIFT). [60] [61] [62] В апреле 2017 года стартап в области чистой энергии Apollo Fusion начал разрабатывать гибридную технологию термоядерно-делительного реактора. [63] [64]

В Германии технологическая компания Marvel Fusion работает над инерционным термоядерным синтезом с лазерным удержанием. [65] Стартап использует короткоимпульсный высокоэнергетический лазер и безнейтронное топливо pB11 . [66] [67] [68] Компания была основана в Мюнхене в 2019 году. [69] [70] Она работает с Siemens Energy , TRUMPF и Thales . [71] В июле 2022 года компания заключила партнерское соглашение с Мюнхенским университетом имени Людвига-Максимилиана. [72]

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

Приложения

Генерация электроэнергии

Электростанции с инерциальной термоядерной энергией (ИТЭ) изучались 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 бы все многочисленные технические проблемы в достижении зажигания были решены, практических проблем предостаточно. Учитывая эффективность процесса лазерного усиления от 1 до 1,5% и то, что паровые турбинные системы обычно имеют эффективность около 35%, прирост термоядерного синтеза должен был бы быть порядка 125 раз, чтобы энергетически безубыточности. [76]

Улучшение эффективности лазера на порядок может быть возможным за счет использования конструкций, которые заменяют импульсные лампы лазерными диодами , настроенными на производство большей части своей энергии в диапазоне частот, который сильно поглощается. Первоначальные экспериментальные устройства предлагают эффективность около 10%, и предполагается, что возможно 20%. [ необходима цитата ]

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

Извлечение энергии

Системы ICF сталкиваются с некоторыми проблемами вторичного извлечения мощности, как и системы MCF. Одна из основных проблем заключается в том, как успешно отводить тепло из реакционной камеры, не мешая мишеням и направляющим лучам. Другая проблема заключается в том, что высвобождаемые нейтроны реагируют с конструкцией реактора, механически ослабляя ее и делая ее чрезвычайно радиоактивной. Обычные металлы, такие как сталь, имеют короткий срок службы и требуют частой замены стенок защитной оболочки активной зоны. Другая проблема — остаточный дым от термоядерного синтеза (мусор, остающийся в реакционной камере), который может помешать последующим выстрелам, включая гелиевую золу, полученную в результате термоядерного синтеза, а также несгоревший водород и другие элементы, используемые в топливной таблетке. Эта проблема наиболее неприятна для систем непрямого привода. Если энергия драйвера полностью не попадает в топливную таблетку и попадает в защитную камеру, материал может загрязнить область взаимодействия или линзы или фокусирующие элементы.

Одна из концепций, как показано в конструкции HYLIFE-II, заключается в использовании «водопада» FLiBe , расплавленной смеси фторидных солей лития и бериллия , которые защищают камеру от нейтронов и отводят тепло. FLiBe поступает в теплообменник, где нагревает воду для турбин. [77] Тритий, полученный путем расщепления ядер лития, может быть извлечен для того, чтобы замкнуть термоядерный топливный цикл электростанции, что необходимо для бесперебойной работы, поскольку тритий редок и в противном случае должен быть произведен. Другая концепция, Sombrero, использует реакционную камеру, изготовленную из армированного углеродным волокном полимера , который имеет низкое нейтронное сечение. Охлаждение обеспечивается расплавленной керамикой, выбранной из-за ее способности поглощать нейтроны и ее эффективности в качестве теплоносителя. [78]

Имплозия термоядерного синтеза с инерционным удержанием в Новой, создающая условия «микросолнца» с чрезвычайно высокой плотностью и температурой, соперничающими даже с теми, что находятся в ядре Солнца .

Экономическая жизнеспособность

Другим фактором, работающим против IFE, является стоимость топлива. Даже когда Наколлс разрабатывал свои самые ранние расчеты, коллеги указали, что если машина IFE производит 50 МДж энергии термоядерного синтеза, то выстрел мог бы произвести, возможно, 10 МДж (2,8 кВт·ч) энергии. Оптовые тарифы на электроэнергию в сети составляли в то время около 0,3 цента/кВт·ч, что означало, что денежная стоимость выстрела составляла, возможно, один цент. За прошедшие 50 лет реальная цена на электроэнергию оставалась примерно одинаковой, и в 2012 году в Онтарио, Канада, она составляла около 2,8 цента/кВт·ч. [79] Таким образом, для того чтобы установка IFE была экономически жизнеспособной, топливные выстрелы должны были бы стоить значительно меньше десяти центов в долларах 2012 года.

Системы с прямым приводом избегают использования хохлраума и, таким образом, могут быть менее затратными с точки зрения топлива. Однако эти системы все еще требуют аблятора, а точность и геометрические соображения имеют решающее значение. Подход с прямым приводом все еще может не быть менее дорогим в эксплуатации.

Ядерное оружие

Горячие и плотные условия, возникающие во время эксперимента ICF, аналогичны условиям в термоядерном оружии и имеют применение в программах ядерного оружия. Эксперименты ICF могут быть использованы, например, для определения того, как ухудшаются характеристики боеголовки по мере ее старения, или как часть программы разработки оружия. Сохранение знаний и опыта в рамках программы ядерного оружия является еще одной мотивацией для продолжения ICF. [80] [81] Финансирование NIF в Соединенных Штатах осуществляется из Программы управления запасами ядерного оружия, цели которой ориентированы соответствующим образом. [82] Утверждалось, что некоторые аспекты исследований ICF нарушают Договор о всеобъемлющем запрещении 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 имеет потенциал для производства на порядки больше нейтронов, чем расщепление . Нейтроны способны локализовать атомы водорода в молекулах, разрешать атомное тепловое движение и изучать коллективные возбуждения фотонов более эффективно, чем рентгеновские лучи. Исследования нейтронного рассеяния молекулярных структур могут 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 использоваться в конструкциях гибридного ядерного синтеза для производства электроэнергии.

Смотрите также

Примечания

Ссылки

  1. ^ "National Ignition Facility достигает термоядерного зажигания". Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе . Получено 13 декабря 2022 г.
  2. ^ Адриенна Фогт; Майк Хейс; Элла Нильсен; Элиз Хэммонд (13 декабря 2022 г.). «13 декабря 2022 г. официальные лица США объявляют о прорыве в области ядерного синтеза». CNN . Получено 14 декабря 2022 г.
  3. ^ ab "Основы физики термоядерного синтеза". Международное агентство по атомной энергии . 12 октября 2016 г.
  4. ^ Хоффман, Марк (2013-03-23). ​​«Что такое критерии Лоусона, или как сделать термоядерную энергетику жизнеспособной». Scienceworldreport.com . Получено 2014-08-23 .
  5. ^ ab Sublette, Carey (19 марта 2019 г.). «Раздел 4.0 Проектирование и конструкция ядерного оружия». Архив ядерного оружия . Архивировано из оригинала 6 февраля 2021 г. Получено 9 февраля 2021 г.
  6. ^ abcd Nuckolls 1998, стр. 1.
  7. ^ Киф 1982, стр. 10.
  8. ^ Лонг, Ф. (октябрь 1976 г.). «Мирные ядерные взрывы». Бюллетень ученых-атомщиков . 32 (8): 18. Bibcode : 1976BuAtS..32h..18L. doi : 10.1080/00963402.1976.11455642.
  9. ^ ab Emmett, Nuckolls & Wood 1974, стр. 24.
  10. ↑ Эмметт, Наколлс и Вуд 1974, стр. 25.
  11. ↑ Эмметт, Наколлс и Вуд, 1974, стр. 25–26.
  12. ^ ab Emmett, Nuckolls & Wood 1974, стр. 26.
  13. ^ Малик 2021, стр. 284.
  14. ^ Пфальцнер 2006, стр. 15.
  15. ^ "Формирование импульса". LLNL .
  16. ^ Hayes, AC; Jungman, G.; Solem, JC; Bradley, PA; Rundberg, RS (2006). "Быстрая бета-спектроскопия как диагностический метод для смеси в воспламененных капсулах NIF". Modern Physics Letters A . 21 (13): 1029. arXiv : physics/0408057 . Bibcode :2006MPLA...21.1029H. doi :10.1142/S0217732306020317. S2CID  119339212.
  17. ^ Hsing, Warren W.; Hoffman, Nelson M. (май 1997 г.). «Измерение проницаемости и роста нестабильности при радиационно-управляемых цилиндрических имплозиях». Physical Review Letters . 78 (20): 3876–3879. Bibcode : 1997PhRvL..78.3876H. doi : 10.1103/PhysRevLett.78.3876.
  18. ^ "Деятельность программы термоядерного синтеза с инерционным удержанием, апрель 2002 г." (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 мая 2009 г.
  19. ^ "Программа термоядерного синтеза с инерционным удержанием, март 2006 г." (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 мая 2009 г.
  20. ^ Линдл, Джон; Хаммел, Брюс (2004), «Последние достижения в физике мишеней ICF с непрямым приводом», 20-я конференция МАГАТЭ по термоядерной энергии (PDF) , Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса, архив (PDF) из оригинала 2022-10-09 , извлечено 23 августа 2014 г.
  21. ^ FA Long, «Мирные ядерные взрывы», Bulletin of the Atomic Scientists , октябрь 1976 г., стр. 24-25.
  22. ^ ab Nuckolls 1998, стр. 2.
  23. ^ Наколлс 1998, стр. 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. Rev. 174, 212 (1968)
  28. ^ Гурген Аскарян (1967). Новые физические эффекты [Новые физические эффекты]. Наука и Жизнь . 11 : 105. Архивировано из оригинала 9 апреля 2016 г. Проверено 22 сентября 2016 г.
  29. ^ Наколлс 1998, стр. 4.
  30. ^ Наколлс 1998, стр. 5.
  31. ^ Наколлс 1998, стр. 4–5.
  32. ^ ab Nuckolls 1998, стр. 6.
  33. ^ ab Шон Джонстон, «Интервью с доктором Ларри Сибертом» 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 вещества до сверхвысоких плотностей: термоядерные (CTR) применения», Nature , 239 (5368): 139–142, Bibcode : 1972Natur.239..139N, doi : 10.1038/239139a0, S2CID  45684425
  35. ^ Линдл, Дж. Д. (1993), «Лекция о 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 явлениям плазмы (PDF) , Управление научной и технической информации (OSTI) Министерства энергетики (DOE), архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09 , извлечено 23 августа 2014 г.
  36. ^ Уайетт, Филип (декабрь 2009 г.). "The Back Page". Aps.org . Получено 23 августа 2014 г.
  37. ^ Хиршфельд, Боб (31 марта 2009 г.). «DOE объявляет о завершении строительства крупнейшего в мире лазера». Publicaffairs.llnl.gov. Архивировано из оригинала 27 мая 2010 г. Получено 23 августа 2014 г.
  38. ^ Джейсон Палмер (28.01.2010). «Результаты испытаний лазерного синтеза вселяют надежду на энергетику». BBC News . Получено 28.01.2010 .
  39. ^ "Первоначальные эксперименты NIF соответствуют требованиям для зажигания термоядерного синтеза". Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе . 2010-01-28. Архивировано из оригинала 2010-05-27 . Получено 2010-01-28 .
  40. ^ Филип Болл (12 февраля 2014 г.). «Лазерный термоядерный эксперимент извлекает чистую энергию из топлива». Nature : 12–27. doi :10.1038/nature.2014.14710. S2CID  138079001 . Получено 13 февраля 2014 г.
  41. ^ "В лаборатории США пройдена важная веха ядерного синтеза". BBC News . 7 октября 2013 г. . Получено 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; Кляйн, 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 выхода двойного слияния". Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе . 2018-06-13 . Получено 2019-11-11 .
  44. ↑ Ливермор, Лоуренс (14 августа 2022 г.). «Прорыв в энергетике ядерного синтеза: зажигание подтверждено рекордным выстрелом в 1,3 мегаджоуля».
  45. ^ "Новости о термоядерном синтезе зажигают оптимизм". Nature Photonics . 15 (10): 713. 2021-09-28. Bibcode : 2021NaPho..15..713.. doi : 10.1038/s41566-021-00890-z . ISSN  1749-4893.
  46. ^ "Афера с прорывом в термоядерной энергетике | New Energy Times". news.newenergytimes.net . Получено 30.12.2022 .
  47. ^ "National Ignition Facility достигает термоядерного зажигания". www.llnl.gov . Получено 13 декабря 2022 г. .
  48. ^ "Национальная лаборатория DOE творит историю, достигнув зажигания термоядерного синтеза". Energy.gov . Получено 13 декабря 2022 г. .
  49. ^ Кеннет Чанг (13 декабря 2022 г.). «Ученые совершили прорыв в области ядерного синтеза, запустив 192 лазера». The New York Times .
  50. ^ Буш, Эван; Ледерман, Джош (13 декабря 2022 г.). «У нас есть „зажигание“: прорыв в термоядерном синтезе тянет за собой прирост энергии». NBC News . Получено 13 декабря 2022 г. .
  51. ^ ab Макс Табак; Джеймс Хаммер; Майкл Э. Глински; 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». Phys. Plasmas . 1 (5): 1626–1634. Bibcode : 1994PhPl....1.1626T. doi : 10.1063/1.870664 . Получено 20.11.2023 .
  52. ^ PA Norreys; R. Allott; RJ Clarke; J. Collier; D. Neely; SJ Rose; M. Zepf; M. Santala; AR Bell; K. Krushelnick; AE Dangor; NC Woolsey; RG Evans; H. Habara; T. Norimatsu; R. Kodama (2000). "Экспериментальные исследования усовершенствованной схемы быстрого воспламенителя". Phys. Plasmas . 7 (9): 3721–3726. Bibcode : 2000PhPl....7.3721N. doi : 10.1063/1.1287419 . Получено 2023-11-20 .
  53. ^ "60 Project News". Hiper Laser . Получено 21-08-2021 .
  54. ^ "Le Laser Mégajoule". Архивировано из оригинала 2016-08-11 . Получено 2016-10-08 .
  55. ^ "Z-Pinch Power Plant - импульсная силовая установка для термоядерной энергии" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 января 2009 г.
  56. ^ Грабовский, Э. В. (2002). Fast Z - Pinch Study in Russia and Related Problems . DENSE Z-PINCHES: 5th International Conference on Dense Z-Pinches. AIP Conference Proceedings. Vol. 651. pp. 3–8. Bibcode :2002AIPC..651....3G. doi :10.1063/1.1531270.
  57. ^ Perkins, LJ; Betti, R.; LaFortune, KN; Williams, WH (2009). "Shock Ignition: A New Approach to High Gain Inertial Confinement Fusion on the National Ignition Facility" (PDF) . Physical Review Letters . 103 (4): 045004. Bibcode :2009PhRvL.103d5004P. doi :10.1103/PhysRevLett.103.045004. PMID  19659364. Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09.
  58. ^ HiPER Project Team (1 декабря 2013 г.). HiPER Preparatory Phase Complete Report (PDF) (Отчет). Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09 . Получено 1 мая 2017 .
  59. ^ Рибейр, X.; Шурц, Г.; Лафон, М.; Галера, С.; Вебер, С. (2009). «Ударное зажигание: альтернативная схема для HiPER». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 51 (1): 015013. Bibcode : 2009PPCF...51a5013R. doi : 10.1088/0741-3335/51/1/015013. ISSN  0741-3335. S2CID  120858786.
  60. ^ Norimatsu, Takayoshi; Kozaki, Yasuji; Shiraga, Hiroshi; Fujita, Hisanori; Okano, Kunihiko; Azech, Hiroshi (2013). "Laser Fusion Experimental Reactor LIFT Based on Fast Ignition and the Issue". CLEO: 2013 (2013), Paper ATh4O.3 . Optical Society of America: ATh4O.3. doi :10.1364/CLEO_AT.2013.ATh4O.3. ISBN 978-1-55752-972-5. S2CID  10285683.
  61. ^ Norimatsu, T.; Kawanaka, J.; Miyanaga, M.; Azechi, H. (2007). «Концептуальный проект быстродействующей электростанции зажигания KOYO-F, работающей от охлаждаемого керамического лазера Yb:YAG». Fusion Science and Technology . 52 (4): 893–900. Bibcode : 2007FuST...52..893N. doi : 10.13182/fst52-893. S2CID  117974702.
  62. ^ Norimatsu, T. (2006). "Fast ignition Laser Fusion Reactor KOYO-F - Summary from design Committee of FI laser fusion react" (PDF) . Семинар США-Япония по исследованиям электростанций и связанным с ними передовым технологиям с участием ЕС (24-25 января 2006 г., Сан-Диего, Калифорния). Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09.
  63. ^ Стоун, Брэд (3 апреля 2017 г.). «Бывший вице-президент Google основал компанию, обещающую чистую и безопасную ядерную энергию». Bloomberg.com . Получено 01.05.2017 .
  64. ^ Томпсон, Эвери (3 апреля 2017 г.). «Может ли стартап Google в области термоядерной энергетики дать старт ядерной энергетике?». Popular Mechanics . Получено 01.05.2017 .
  65. ^ "Революционное решение для безуглеродной энергии". Marvel Fusion . Получено 2021-08-10 .
  66. ^ «Аргументы в пользу финансирования слияния». TechCrunch . 10 июля 2021 г. Получено 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 ведущие научные таланты в Мюнхен". Marvel Fusion . Получено 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". Financial Times . 2022-02-03. Архивировано из оригинала 2022-12-10 . Получено 2022-09-21 .
  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 водородно-борного лазерного синтеза HB11 дало новаторские результаты». 29 марта 2022 г.
  74. ^ "Стартапы пытаются превратить успех лазерного термоядерного синтеза в чистые электростанции". www.science.org . Получено 17.02.2023 .
  75. ^ Обеншайн, Стивен и др. «Высокоэнергетические лазеры на фториде криптона для инерциального термоядерного синтеза». Прикладная оптика 54.31 (2015): F103-F122.
  76. ^ Брюкнер 1977, стр. 31.
  77. ^ Olson, Craig; Tabak, Max; Dahlburg, Jill; Olson, Rick; Payne, Steve; Sethian, John; Barnard, John; Spielman, Rick; Schultz, Ken; Peterson, Robert; Peterson, Per; Meier, Wayne; Perkins, John (1999), "Inertial Fusion Concepts Working Group, Final Reports of the Subgroups", 1999 Fusion Summer Study (PDF) , Колумбийский университет, архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09 , извлечено 23 августа 2014 г.
  78. ^ Святославский, IN; Саван, ME; Петерсон, RR; Кульчинский, GL; Макфарлейн, JJ; Виттенберг, LJ; Могахед, EA; Ратледж, SC; Гоуз, S.; Бурк, R. (1991), "SOMBRERO - твердотельный реактор-размножитель с подвижным слоем KrF-лазера, управляемый IFE", 14-й симпозиум IEEE/NPSS по термоядерной инженерии (PDF) , Институт термоядерных технологий, Висконсинский университет, архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09 , извлечено 23 августа 2014 г.
  79. ^ "IESO Power Data". Ieso.ca. Архивировано из оригинала 2014-10-02 . Получено 2014-08-23 .
  80. ^ Ричард Гарвин , Контроль над вооружениями сегодня, 1997
  81. ^ "Science". Lasers.llnl.gov . Получено 2014-08-24 .
  82. ^ "Stackpile Stewardship". Lasers.llnl.gov . Получено 2014-08-24 .
  83. ^ Макхиджани, Арджун; Зерриффи, Хишам (1998-07-15). «Опасный термоядерный квест». Ieer.org . Получено 2014-08-23 .
  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, И; Норрейс, П; Брум, Т; Финдли, Д; Нелмес, Р (февраль 2007 г.). «Путь к самому яркому возможному источнику нейтронов?». Science . 315 (5815): 1092–1095. Bibcode :2007Sci...315.1092T. doi :10.1126/science.1127185. PMID  17322053. S2CID  42506679.

Библиография

Внешние ссылки